عدد دیافراگم در لنزهای با فاصله کانونی ثابت و متغیر

در این نوشته تلاش کردم تا مفهوم عدد دیافراگم یا f-استاپ را به زبان ساده برای لنزهای پرایم و زوم توضیح دهم. لطفا در صورتی که توصیه یا پرسشی دارید با من در میان بگذارید.

قبل از هر چیز، باید با "میزان نوردهی " آشنا باشیم. مفهوم میزان نوردهی در عکاسی بسیار پایه ای و اساسی است، از این روی که در هر عکسی که گرفته میشود، یک میزان نوردهی مناسب وجود دارد. در عکاسی میزان نوردهی (Exposure Value) نشانگر میزان نوری است که فیلم یا سنسور یا پرده حساس به نور ثبت می کند. سه عنصر اصلی تنظیم نور در عکاسی عبارتند از 1-سرعت شاتر 2-دیافراگم 3- سرعت فیلم یا ISO.

هرگاه میزان نوردهی یک استاپ (یا یک پله) افزایش یابد، نور ثبت شده به وسیله تغییر در یکی از این سه عنصر دو برابر میشود؛ و هرگاه میزان نوردهی یک استاپ (یا یک پله) کاهش یابد، میزان نور ثبت شده به وسیله تغییر در یکی از این سه عنصر نیم می شود.

سطل آب عکاس

    یک مثال معروف برای توضیح دادن رابطه میان میزان نوردهی و سه عنصر نوردهی، مثال سطل آب است که در اینجا مختصر توضیح می دهم. فرض کنید که سطلی با اندازه مشخص دارید و میخواهید آن را با آب پر کنید. میزان باز کردن شیر آب و مدت  زمانی که شیر آب باز است با هم در ارتباط هستند. هنگامی که جریان آب کمی از شیر می آید، (یعنی شیر آب کم باز شده است) باید زمان بیشتری منتظر بود تا سطل پر شود؛ برعکس، وقتی شیر آب را زیاد باز میکنید، زمان کمتری نیاز خواهید داشت تا سطل پر شود. البته میتوانید ابتکار داشته باشید و تعداد شیرهای آبی که استفاده میکنید را تغییر دهید (در مساله ما، شیرهای آب باید میزان جریان آب و زمان یکسان داشته باشند). مثلن هنگامی که دو شیر آب در سطل جریان دارند، با نصف زمان باز بودن شیر آب یا نصف میزان جریان آب، آن سطل پر خواهد شد.

   یک روش جالب برای توضیح دادن رابطه میان سه عنصر اصلی میزان نوردهی در عکاسی، همین 'پر کردن سطل' است. در این روش آب و نور نقش یکسانی بازی میکنند. فرض کنید که میزان نوردهی که از قبل تعیین شده، همان اندازه سطل آب باشد که باید پر شود. دریچه شیر آب همان دریچه دیافراگم و زمانی که آب در سطل جریان دارد همان سرعت شاتر است. حساسیت ISO را میتوان با تعداد شیرهایی که در سطل جریان دارند متناظر کرد. همانطور که برای پر کردن سطل آب هر ترکیبی از میزان جریان آب و تعداد شیر و یا زمان باز بودن شیر که سطل را پر میکند قابل قبول است، در عکاسی نیز هر ترکیبی از سه عنصر اصلی تنظیم نور، به شرط تامین کردن میزان نوردهی تعیین شده، برای گرفتن آن عکس قابل قبول است. مثلن برای یک ترکیب از این سه عنصر میتوان آنها را اینگونه تغییر داد: میتوانید سرعت شاتر (زمان باز بودن شیر) را نصف کنید ولی باید یا ISO (تعداد شیرها) را دو برابر کنید یا باید مساحت دریچه دیافراگم (حجم جریان آب) را دو برابر کنید.  شما برای پر کردن سطل چه ترکیبی را انتخاب می کنید؟ دقت کنید که ترکیبی هایی که این تناسب را رعایت کنند، یک میزان نوردهی را خواهند داشت؛ هر چند این تصمیم باید آگاهانه باشد زیرا که روی بقیه جنبه های عکس تاثیر خواهد داشت. (به شکل زیر نگاه کنید). در ادامه توضیح خواهم داد که سه عنصر اصلی تنظیم نور چگونه باید تغییر کنند تا میزان نوردهی یک استاپ تغییر کند.

مثلث نوردهی بالا برای تثبیت نقش این سه عنصر در ذهن مفید است، و بقیه مفهوم هایی که در آن است را بعدن در صورت نیاز توضیح خواهم داد.

1- سرعت شاتر:

    زمانی که سنسور نور دوربین در معرض نور قرار میگیرد، سرعت شاتر است. هرگاه سرعت شاتر نیم شود، دو برابر نور به سنسور میرسد و یک استاپ میزان نوردهی (با فرض ثابت ماندن بقیه عنصرها) افزایش می یابد. هرگاه سرعت شاتر دوبرابر شود، یک استاپ نوردهی کاهش می یابد. مثلن وقتی سرعت شاتر از 1/30 ثانیه به 1/60 ثانیه تغییر پیدا میکند، یک استاپ نوردهی کاهش پیدا میکند. یک سری از سرعت های شاتر (با یکای ثانیه) با نسبت تصاعد یک استاپ در زیر آمده:

…, 2'' ,  1'' , 1/2 , 1/4 , 1/8 ,  1/16 , 1/32 , 1/64,   1/125,   1/250, 1/500, 1/1000, ...

2- دیافراگم و f-استاپ:

    شاید عددهای f-استاپ دیافراگم کمی گیج کننده باشد به ویژه هنگامی که با سرعت شاتر مقایسه میشود.  سوراخی که در پشت عدسی های لنز وجود دارد و نور از راه آن به سنسور دوربین میرسد، دیافراگم نامیده میشود. شایان ذکر است دنباله عددی f-استاپ از 1.4 تا 32 است و هرچه این عدد (برای یک فاصله کانونی ثابت) بزرگتر باشد، سوراخ دیافراگم تنگ تر است و نور کمتری به سنسور میرسد. سری افزایشی عددی پایین، عددهای f-استاپ را نشان میدهد که با فاصله یک استاپ کاهش میزان نوردهی مرتب شده اند.  

1,  1.4,  2,  2.8, 4,  5.6,  8,  11,  16,  22, 32

شاید بگید که "ای بابا، این عددها که هیچ ربطی به هم ندارند!" در ظاهر شاید اینگونه باشه ولی اگر به خواندن ادامه بدهید، ربطش را هم میبینید. در حقیقت f-استاپ دیافراگم نسبت  فاصله کانونی لنز به قطر دیافراگم است؛ و از فرمول زیر به دست می آید:

که در این فرمول  f همان فاصله کانونی لنز و D همان قطر دیافراگم است؛ یکای هر دو میلی متر است و در نتیجه f-استاپ -دیافراگم- یکا ندارد.

میزان نور ورودی به دوربین بر اساس مساحت سوراخ دیافراگم است. پس میزان نوردهی را میتوان بر اساس مساحت دیافراگم اندازه گیری کرد. با استفاده از ریاضی پایه، مساحت سوراخ (یا دایره) دیافراگم برابر است با . برای اینکه یک استاپ میزان نوردهی افزایش یابد، باید مساحت دیافراگم دو برابر شود. مساحت جدید برابر است با

پس برای اینکه میزان نوردهی یک استاپ بیشتر شود، باید قطر دیافراگم برابر شود. و در نتیجه f-استاپ که از فرمول به دست می آید، باید تقسیم بر 1.4 شود تا یک استاپ نوردهی افزایش یابد.  برعکس، هرگاه این عدد به نسبت 1.4 زیاد شود (یعنی ضربدر 1.4 شود) یک استاپ نوردهی کاهش پیدا میکند چون باید قطر تقسیم بر 1.4 شود. الان مشخص شد که قدرنسبت سری عددهای f-استاپ وارون ریشه دوم عدد 2 است.

هرچه کوچکترین عدد  f-استاپ دیافراگم برای لنزهای با فاصله کانونی ثابت کوچکتر باشد، باید مساحت عدسی های لنز به نسبت لازم بزرگتر باشد. برای نمونه لنزهای Nikon 70-200 f/4 و Nikon 70-200 f/2.8 را مقایسه کنید. نه تنها لنز دوم اندازه بزرگتری دارد و سنگین تر است، بلکه قیمت آن نیز بیشتر است.

رابطه فاصله کانونی و دریچه دیافراگم

اگر بپرسید فاصله کانونی چه نقشی بازی میکند و چرا در برخی لنزها با فاصله کانونی متغیر، عدد f-استاپ دیافراگم برای فاصله کانونی های متفاوت گوناگون است، کمی به ریاضی پایه نیاز دارید و باید به خواندن ادامه دهید.

قبل از هر چیز باید بدانیم فاصله کانونی لنز چیست. فاصله کانونی لنز، هنگامی که روی بینهایت فوکوس شده باشد، برابر است با فاصله مرکز عدسی لنز تا سنسور دوربین یا فیلم. فرمول زیر رابطه فاصله کانونی را به فاصله موضوع و تصویرش نشان میدهد:

که در آن f فاصله کانونی لنز، Obj فاصله موضوع تا لنز و Img فاصله تصویر (یا سنسور) از لنز است. به تصویر زیر نگاه کنید:

( هنگامی که فوکوس را روی موضوع نزدیک تر قرار دهیم، عدسی لنز از سنسور دورتر میشود. در واقع ممکن است طول لنز شما از فاصله کانونی که روی آن نوشته شده و احتمالن با میلی متر اندازه گیری شده متفاوت باشد، که به خاطر این است که سازندگان لنز از چندین عدسی استفاده میکنند تا به نتیجه مشابه برسند.) هر چه فاصله کانونی بزرگتر باشد، فاصله عدسی از سنسور بیشتر است.

نکته اصلی همین است که فاصله لنز با سنسور به نسبت فاصله کانونی زیاد میشود. در نتیجه دریچه ای دیافراگمی که پشت عدسی است به همان اندازه از سنسور دور میشود. با استفاده از قضیه تالس، برای میزان نوردهی یکسان، فاصله های کانونی به قطرهای دیافراگم ثابت است. به عبارتی در شکل زیر برای نوردهی یکسان N  باید باشد:

خب برای نمونه، لنز 200 م.م. با قطر دیافراگم 40 م.م. به همان اندازه نور وارد سنسور میکند که لنز 50 م.م. با قطر دیافراگم 10 م.م. و  هر دو f-استاپ دیافراگم 5 یعنی  200/40=50/10 هستند.  پس برای اندازه گیری میزان نوردهی دیافراگم، بدون اینکه نیازی داشته باشیم به فاصله کانونی لنز دقت کنیم، کافی است با f-استاپ دیافراگم میزان نوردهی را اندازه گیری کنیم.

پس هنگامی که f-استاپ دیافراگم را روی 5 تنظیم میکنیم، یعنی برای لنز با فاصله کانونی 50 م.م. قطر دیافراگم 10 م.م. است و برای لنز 200 م.م. قطر دیافراگم 40 م.م. است.  حرف f برای نشان دادن f-استاپ دیافراگم نیز به خاطر تاثیر فاصله کانونی بر دریچه دیافراگم است. مانند f/1.8؛ چون فاصله کانونی به روی این عدد قطر دیافراگم را مشخص میکند. البته برای ما همان f-استاپ دیافراگم در اندازه گیری میزان نوردهی مهم است. 

نکته دیگر با توجه به قطر ثابت لنز اینکه عدد دیافراگم لنز‌های زوم برای فاصله‌های کانونی متفاوت، گوناگون است. پس اینگونه لنز‌ها قابلیت عدد دیافراگم کوچکتر برای فاصله کانونی کوتاه تر را دارند. برای نمونه لنز ۱۸-۲۰۰ م.م. دارای عدد دیافراگم ۳.۵ برای فاصله کانونی ۱۸م.م. و دارای عدد دیافراگم ۵.۶ برای فاصله کانونی ۲۰۰م.م. است.

نکته آخر: الان باید برای شما واضح تر شده باشد که تله کانورتور (tele-convertor) که باعث افزایش فاصله کانونی برای یک لنز میشود، چرا باعث کاهش f-استاپ دیافراگم آن لنز میشود.

3-حساسیت فیلم یا ISO

    حساسیت سنسوردوربین  یا فیلم به نور است و هر چه این عدد بزرگتر باشد، میزان نوری که سنسور در زمان ثابت ثبت میکند، بیشتر است. هر چه این عدد بزرگتر باشد نویز عکس بیشتر خواهد بود که البته به نوع سنسور و دوربین بستگی دارد. در عکاسی با دوربینهای آنالوگ (فیلمی) حساسیت برای یک حلقه فیلم ثابت است در حالیکه در دوربینهای دیجیتال می توان ISO را برای هر عکس تغییر داد و تنظیم کرد.

نکته آخر این که تغییر میزان نوردهی را می توان به میزان ½ یا ⅓ استاپ (پله) تغییر داد و لزومی ندارد که حتمن یک استاپ کامل تغییر داد. پس برای نمونه سرعت شاتر بین 1/30 و 1/60 عبارتند از 1/40 و 1/50. یا f-استاپ های بین f/2 و f/2.8 عبارتند از f/2.2 و f/2.5. در مورد ISO نیز این مورد درست است.

کپی این مطلب تنها با ذکر منبع مجاز است.

دیاکو بلوچ