Основы фотографии #1

Рубрика: «Личное»
Автор: Marina Pavlova
Опубликовано: 26.07.2016 в 10:04:12

Что такое «диафрагма»?

Диафрáгма (с греч. «перегородка») – устройство в объективе фотоаппарата, которое регулирует поток света, проходящий через объектив (см. рис. 1). Максимальный поток света (максимальный диаметр потока) ограничен диаметром объектива. Диафрагма, равномерно прикрывая края линзы, может лишь уменьшать поток света, проходящий через объектив.

Это необходимо, когда света, отражённого от объектов снимаемой сцены, настолько много, что изображения объектов получаются светлее, чем, когда Вы наблюдаете снимаемые объекты в реальности. Одновременно, управляя диафрагмой, Вы можете добиться определённого художественного эффекта. Ему посвящена третья часть статьи.

Диаметру отверстия, образованному лепестками диафрагмы, далее «отверстие» или «отверстие диафрагмы», соответствует число, которое называют диафрагменным числом или значением диафрагмы:

где k – значение диафрагмы, D – диаметр отверстия, f – заднее фокусное расстояние объектива (для простоты, постоянное число), определение которого я обозначу во второй части. Диаметр отверстия и фокусное расстояние измеряются в миллиметрах.

Рис. 1. Диафрагма.

Из соотношения выше следует, что а) значение диафрагмы – безразмерное число, б) чем больше значение диафрагмы, тем меньше диаметр отверстия:

Законы природы таковы, что количество света, проходящее через отверстие заданного диаметра, и диаметр отверстия связаны квадратичной зависимостью. Другими словами, количество света, проходящее через отверстие заданного диаметра, изменится в 4 раза, если диаметр отверстия изменится примерно в 2 раза; в 2 раза, если диаметр изменится в «квадратный корень из 2» раз (примерно в 1,4 раза).

Пример. Через отверстие диаметром 10 мм проходит свет равный по интенсивности свету одной бытовой свечи. Я изменил диаметр отверстия примерно в 1,4 раза, диаметр отверстия стал равным 14 мм. Теперь через отверстие проходит свет равный по интенсивности свету двух бытовых свеч. Я снова увеличил диаметр отверстия в 1,4 раза, диаметр отверстия стал равным примерно 20 мм (точно 19,6 мм). Интенсивность света, проходящего через отверстие, стала равной свету четырёх бытовых свечей.

Обращаю внимание, в примере выше, чтобы изменять поток света, проходящий через объектив вдвое, необходимо вычислять дробное (нецелое) число. Вычислять его быстро в уме не всегда представляется возможным. Поэтому ввели значение диафрагмы, и каждому диаметру отверстия поставили в соответствие значения диафрагмы из диафрагменного ряда:

Диаметр отверстия обозначили как «заднее фокусное расстояние объектива разделить на значение диафрагмы»:

Например, если Вы хотите, чтобы через объектив прошло количество света вдвое меньше, чем при диаметре отверстия равном f/5,6, Вам необходимо установить диаметр отверстия на f/8. Аналогично, чтобы «пропустить» через объектив света вдвое больше – f/4.

Можете ли Вы изменить количество света, проходящее через объектив, не в два раза, а, например, в полтора раза? На современных цифровых фотоаппаратах и объективах можете. Шаг точности, с которым Вы имеете возможность регулировать проходящий через объектив свет, составляет примерно
1,4 (корень квадратный из 2) или примерно 1,3 (корень кубический из 2) – по выбору в настройках фотоаппарата.

Например, если Вы снимаете с диафрагмой, диаметр отверстия которой равен f/8, то Вам необходимо установить диаметр отверстия на f/9, чтобы уменьшить количество света, проходящего через объектив, в, примерно, 1,3 раза; на f/10, чтобы уменьшить количество света, проходящего через объектив, в, примерно, 1,6 раза; на f/11, чтобы уменьшить количество света, проходящего через объектив, в 2 раза.

Отмечу, что значение диафрагмы называется числом диафрагменного ряда, если между изменениями любых двух соседних значений в ряде приведет к изменению количества света, проходящего через объектив, в 2 раза. Остальные значения диафрагмы, которые позволяет устанавливать современные цифровые фотоаппараты и объективы, называются промежуточными значениями диафрагмы.

Что такое «затвор»?

Затвóр – устройство, которое регулирует поток света, попадающий на светочувствительный материал, фиксирующий изображение. Обычно находится в теле фотоаппарата. Светочувствительные материалы устроены таким образом, что, чем дольше их подвергать воздействию света, тем светлее получится изображение.

По законам природы изменение времени прохождения света через затвор и количество света, прошедшего через затвор, связаны прямо пропорционально. Другими словами, изменение времени прохождения света через затвор в 2 раза, изменит количество света, прошедшего через затвор, в 2 раза. С понятием «затвор» связано понятие «выдержка».

Выдержка – это интервал времени, в течение которого свет воздействует на участок светочувствительного материала, фиксирующего изображение. Или время, пока открыт затвор. Выдержка измеряется в секундах. Современные светочувствительные материалы в сравнении с теми, которые применялись при возникновении фотографии, в 1840-ых годах, требуют значительно меньшего времени для фиксирования снимаемой сцены: 1/8 секунды, 1/250 секунды, 1/1000 секунды и др.

Из вышесказанного следует, что, чем короче выдержка, тем меньшее количество света попадёт на светочувствительный материал. Примером служит последовательность кадров на рисунках 3-а – 3-д:

Рис. 3-а. Выдержка равна 1/2,5 секунды.

Рис. 3-б. Выдержка равна 1/5 секунды.

Рис. 3-в. Выдержка равна 1/10 секунды.

Рис. 3-г. Выдержка равна 1/20 секунды.

Рис. 3-д. Выдержка равна 1/40 секунды.

Какая выдержка короче: 1/125 секунды или 1/500 секунды? Ответьте на этот вопрос самостоятельно. В качестве способа для запоминания вообразите разделение двух одинаковых апельсинов на 2 и на 4 части, соответственно, и ответьте на вопрос: «Долька какого апельсина будет меньше по размеру?» Количество долек соответствует знаменателю в выдержке-числе, размер долек – выдержке.

В некоторых фотоаппаратах для коротких выдержек (меньше 1 секунды) числитель не указывается, и выдержка описывается знаменателем: «8000» вместо «1/8000», «125» вместо «1/125», «60» вместо «1/60», но «1''» означает «1 секунда».

Числа, задающие выдержку, как и в случае со значениями диафрагмы, выбраны не случайно. Если установить постоянным (зафиксировать) значение диафрагмы, а менять выдержку, то количество света, которое попадёт на светочувствительный материал, будет отличаться в два раза на соседних выдержках.

Пример

Я выбрал сюжет съёмки. Далее установил значение диафрагмы равным 5,6 и выдержку равной 1/125 секунды, сделал кадр. Затем изменил выдержку вдвое – установил равной 1/250 секунды и снова сделал кадр. Какой из двух снимков будет светлее? Первый. Почему? Потому что, за 1/125 секунды на светочувствительный материал попадает в 2 раза больше света, чем при выдержке равной 1/250 секунды, при этом все остальные условия съёмки оставались неизменными.

Таким образом, количество света, попадающее на светочувствительный материал можно регулировать как диафрагмой, так и выдержкой.

Для чего это нужно? Чтобы реализовать художественные эффекты. О них самих и о способах их реализации пойдёт речь в следующих частях.

Что такое «экспозиция»?

Одним из основных навыков фотографа является умение управлять экспози́цией – количеством света, воспринимаемым светочувствительным материалом – используя диафрагму и выдержку, одновременно, реализовывая те художественные эффекты, которые фотограф посчитает нужными реализовать.

Если на светочувствительный материал попало недостаточно света, то снимок будет тёмным – недоэкспонированным, если попало слишком много света, то – засвеченным – переэкспонированным. Снимок называется нормально экспонированным, если яркость снимаемых объектов такая же, как если бы Вы смотрели на них непосредственно (без фотоаппарата). Если я хочу передать на снимке то, что вижу глазами, то я стремлюсь получить нормально экспонированный снимок.

Экспозиция измеряется в безразмерных (абстрактных) единицах – EV (аббревиатура англ. exposure value – «значение экспозиции»). Изменить экспозицию на 1 EV, означает изменить количество света, воспринимаемое светочувствительным слоем, в 2 раза.

Прибор, который измеряет экспозицию, называется экспонометром. Он встроен в фотоаппарат и помогает Вам оценить в EV, насколько будущий снимок будет близок к нормально экспонированному снимку. Экспонометр в современных фотоаппаратах позволяет оценить экспозицию с точностью до 1/2 или 1/3 EV. Чтобы приблизиться к пониманию, как использовать введённые понятия на практике, приведу пример.

Пример управления экспозицией

Для реализации определённого художественного эффекта мне необходимо установить значение диафрагмы равным 16. И не менять его. Теперь я подбираю такую выдержку, при которой получаемый снимок будет нормально экспонированным. Нормальность экспозиции я оцениваю по экспонометру: стремлюсь подобрать выдержку таким образом, чтобы экспонометр указывал на нулевое значение. Оно соответствует нормально экспонированному снимку (Это «идеал». В действительности в различных съёмочных ситуациях нормально экспонированному снимку может соответствовать значение экспонометра, отличное от нуля.). Как только выдержка подобрана, я делаю снимок.

Теперь мне нужно сделать ещё один кадр той же сцены, реализовав другой художественный эффект. Я фиксирую выдержку равной 1/500 секунды. Подбираю значение диафрагмы таким, чтобы будущий снимок получился нормально экспонированным. Оцениваю экспозицию по экспонометру. Когда значение диафрагмы подобрано, делаю снимок.

Что получилось в итоге? Два снимка. На одном реализован один художественный эффект, на другом снимке – другой эффект. При этом оба снимка нормально экспонированы. Двум разным парам «значение диафрагмы – выдержка» может соответствовать одинаковая экспозиция.

Числовая пара «значение диафрагмы – выдержка» называется экспопарой. Две или более экспопары называются эквивалентными, если получаемые при них экспозиции равны.

Пример эквивалентности и неэквивалентности двух экспопар

«16 – 1/30» и «11 – 1/60» – эквивалентные экспопары. «16 – 1/30» и «11 – 1/15» – неэквивалентные экспопары, потому что экспозиция при первой экспопаре меньше, чем экспозиция при второй экспопаре на 2 EV. Перефразирую. Количество света, воспринимаемое светочувствительным материалом, при первой экспопаре меньше количества света, воспринимаемого светочувствительным материалом, при второй экспопаре в 4 раза.

Как может пригодиться на практике умение определять эквивалентность экспопар и оценивать разницу экспозиций в EV? Покажу на примере. Я сделал снимок, но оказалось, что он переэкспонирован примерно на 1 EV. Я хочу сделать нормально экспонированный снимок. На первых шагах работы с фотоаппаратом я вижу два пути. Первый, сделать несколько снимков с другими значением диафрагмы и выдержки, полагаясь на интуицию. Второй, посчитать в уме точное значение диафрагмы и выдержку и сделать второй снимок желаемым.

Особенностью первого пути является то, что Вы тратите время, пока подбираете наугад, а снимаемая сцена может измениться. Также Вы расходуете ресурс затвора, делая бесполезные кадры. Но Вам достаточно поверхностного понимания связей между выдержкой, значением диафрагмы и экспозицией, а значит Вы затратите меньше времени на обучение и приобретение опыта.

Особенностью второго пути является время, которое Вы тратите на изучение связей между выдержкой, значением диафрагмы и экспозицией, а также произведение расчётов в уме во время съёмки. При этом Вам достаточно сделать один «пристрелочный» кадр и второй «контрольный». Таким образом, Вы, скорее всего, успеете сфотографировать меняющуюся сцену и сохраните ресурс затвора. Также, к преимуществам второго пути я отнесу более стабильное качество снимков и более гибкие, широкие возможности для творчества в сравнении с первым путём. Например, при съёмке силуэтов, при прямом солнечном свете, при съёмке в студии и т.д.

Оба пути сосуществуют и в действительности комбинируются. Практикуясь, Вы приобретёте опыт, благодаря которому сможете получать желаемые снимки «не задумываясь».
Для закрепления пройденного материала предлагаю выполнить домашнее задание и ответить на вопросы. Ключи к домашнему заданию и вопросам я приведу в следующей статье – второй части «основ».

Домашнее задание

Эквиваленты ли экспопары? Если экспопары не эквивалентны, то укажите, какова разница между экспозицией при первой экспопаре и экспозицией при второй экспопаре. Разницу укажите в двух значениях: в уровне освещенности (в разах) и в EV. Шаг изменения выдержек и значений диафрагмы на фотоаппарате равен 1/3 EV (изменение экспозиции в "корень кубический из 2" раз).

№ 1 экспопара2 экспопара11,4 – 1/1251,4 - 1/3022 – 1/602 – 1/1534 – 1/2502,8 – 1/50048 – 1/50011 – 1/60516 – 1/305,6 – 1/1562,8 – 1/402 – 1/8075,6 – 1/16011 – 1/2086,3 – 1/1259,0 – 1/125913 – 1/2504,5 – 1/2000102,2 – 1/601,6 – 1/250113,2 – 1/153,5 – 1/15127,1 – 1/207,1 – 1/401310 – 1/1005,0 – 1/4001413 – 1/16010 – 1/160157,1 – 1/407,1 – 1/200162,5 – 1/6406,3 – 1/100171,8 – 1/502,5 – 1/20185,0 – 1/3202,2 – 1/25001911 – 1/256,3 – 1/802014 – 1/2508 – 1/640

Пример решения

Пусть 5,6 – 1/60 – 1-ая экспопара, 6,3 – 1/50 – 2-ая экспопара.

Сравните значения диафрагмы. При 5,6 диаметр отверстия диафрагмы больше, значит света через объектив пройдёт больше:
5,6 – число диафрагменного ряда, а 6,3 – одно из 2-ух промежуточных значений диафрагмы, находящееся между числами диафрагменного ряда 5,6 и 8. При этом 6,3 находится «ближе» к 5,6. Значит разница в количестве света при значениях диафрагмы 5,6 и 6,3 составляет 1/3 EV, или, то же самое, уменьшается в "корень кубический из 2" раз при установке значения диафрагмы равным 6,3:

Сравните выдержки. За 1/50 с на светочувствительный слой попадёт больше света, чем за 1/60 с:
Выдержка равная 1/50 с длиннее, чем 1/100 с в 2 раза. Значит, и количество света, проходящее через затвор при изменении выдержки с 1/50 с на 1/100 с, изменяется в 2 раза или на 1 EV. Выдержка равная 1/60 с – короче 1/50 с, но длиннее 1/100 с. При этом 1/60 с «ближе» к 1/50 с. Между двумя выдержками, при которых разница количества света, проходящего через затвор, равна 1 EV, находятся две возможные выдержки. Потому что шаг изменения выдержек равен 1/3 EV. Из указанного выше следует, что количество света, проходящего через затвор, при смене выдержки с 1/60 с на 1/50 с изменится в "корень кубический из 2" раз или на 1/3 EV:

Сравните экспопары. Стрелки направлены противоположно друг другу. При переходе от 1-ой экспопары ко 2-ой экспопаре изменение значения диафрагмы уменьшает экспозицию, а изменение выдержки увеличивает экспозицию. Значит, изменение выдержек и изменение значений диафрагмы компенсируют друг друга. Разницы в количестве света, возникшие при изменении значения диафрагмы и при изменении выдержки, равны между собой. На основании последних двух утверждений, можно сделать вывод, что экспопары эквивалентны:

Ключевые вопросы:

В чём преимущество объектива, у которого минимальное значение диафрагмы можно установить равным 1,4, в сравнении с объективом, у которого минимальное значение диафрагмы можно установить равным 5,6?
Сформулируйте полностью один из законов освещённости, начав так: «Если площадь источника света увеличиться в 2 раза, то количество света, испускаемое этим источником, ...».
Сформулируйте определение для понятия «шаг экспозиции».
Сколько промежуточных значений диафрагмы будет между числами диафрагменного ряда, если установить на фотоаппарате шаг экспозиции равным 0,5 EV?
Сколько выдержек будет между выдержками 1/50 с и 1/100 с, если установить на фотоаппарате шаг экспозиции равным 0,5 EV?
Почему на шкале экспонометра между значениями «-1» и «0» два деления? Что это означает?
Что влияет на экспозицию?
Почему в фотоаппарате существуют два устройства, которые управляют одним и тем же: количеством света, попадающим на светочувствительный материал?
Как бы выглядело изображение, если бы в фотоаппарате не существовало затвора, лишь диафрагма?
Как получить нормально экспонированный снимок, если экспонометр показывает «-1», а менять значение диафрагмы и выдержку Вы не можете?
При каких условиях съёмки изображения получаются полностью белыми, полностью чёрными?
Куда должен быть направлен объектив фотоаппарата во время оценки экспозиции по шкале экспонометра?
Какие условия необходимо выполнить, чтобы получить изображение объекта на светочувствительном материале?
Что означает понятие «ресурс затвора»?
Когда возникла фотография?