17 de diciembre de 2012

Técnica fotográfica. Manejo de la cámara. El diafragma

TÉCNICA FOTOGRÁFICA. MANEJO DE LA CÁMARA. EL DIAFRAGMA
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Fecha última modificación: 16/12/2012
Fecha creación:16/12/2012
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El DIAFRAGMA
   
Muchas de las cámaras actuales, excepto las más básicas, disponen de dos maneras de control sobre la cantidad de luz que entra a través del objetivo, una de ellas es el tiempo de exposición, que se controla mediante un dispositivo mecánico o electrónico denominado obturador (ver el documento 'MANEJO DE LA CÁMARA. EL OBTURADOR'), y la otra la abertura del diafragma. Existe un tercer parámetro, denominado sensibilidad, que es necesario para establecer de forma unívoca el valor de las variables anteriores para una determinada exposición.

El diafragma es básicamente un agujero cuyo diámetro variable permite una mayor o menor entrada de luz hacia el material sensible. Se encuentra normalmente alojado entre las lentes del objetivo y dispuesto de manera que pueda bloquear la entrada de la luz. En casi todas las cámaras el diafragma más extendido se denomina de iris y consiste en un dispositivo de cuchillas con una forma de agujero poligonal de tamaño variable (hexagonal en las figuras 1 y 2), muy próximo a un círculo. En algunas cámaras antiguas se realizaba con una placa con varios agujeros fijos de distintos tamaños, entre los que se podía elegir uno.

Con independencia del tipo de diafragma utilizado lo importante es que, durante el tiempo que dura la exposición, la cantidad de luz que se registra sobre el material sensible (negativo, sensor, etc.) está relacionada con el tamaño del agujero, y que ese valor se identifica como la abertura del diafragma. En un mismo tiempo, evidentemente, con un tamaño mayor entrará más luz que con uno menor; sin embargo la abertura toma un valor menor con un tamaño mayor y viceversa, lo que puede resultar al principio algo lioso.

Por otro lado, con el diafragma no sólo ejercemos la función, al igual que con el obturador, de control de la exposición, sino que también intervenimos sobre la profundidad de campo, es decir, sobre el rango de distancias (campo) en las que se aprecian los objetos enfocados. Por ello la selección de un valor determinado de abertura implica un compromiso entre ambas funciones que, en ocasiones, resulta de difícil resolución.

El diafragma como elemento de control de la exposición

El control sobre la exposición requerida por una escena, nos permite adaptarla a las características óptimas del material sensible y en consecuencia nos facilita la obtención de una imagen correctamente expuesta, evitando la subexposición o sobreexposición.

El valor o abertura del diafragma (muchas veces los fotógrafos se refieren al valor de la abertura como al diafragma), que designaré con un número n -aunque se denomina normalmente como número f pero prefiero no confundirlo con la longitud focal que también es f- resulta ser una relación directamente proporcional a la longitud focal o distancia focal del objetivo e inversa al diámetro de la abertura, es decir:

n=f/d, siendo f la longitud focal y d el diámetro de la abertura

Este número n es muy importante puesto que integra en un solo valor la longitud focal y el diámetro de la abertura y nos permite rápidamente efectuar cálculos. Si por ejemplo, n fuera la unidad, el diámetro y la longitud focal serían iguales, es decir, para un 50 mm de focal, el diámetro de agujero tendría que ser 5 cm.

Una escala habitual de aberturas en la que entre dos valores consecutivos existe un factor constante, en términos de cantidad de luz transmitida a través del agujero, del doble o la mitad, es la siguiente:

f/1,4; f/2; f/2,8; f/4; f/5,6; f/8; f/11; f/16; f/22; f/32; f/45; f/64;

El valor n sería el número 1,4; 2; etc. pero cuando nos referimos a la abertura normalmente siempre se escribe como f/n, aunque para mí estrictamente significa el diámetro.

La relación de un valor de la escala representada con su anterior o con el siguiente, en cuanto a la cantidad de luz trasmitida a través del objetivo, es de la mitad o del doble respectivamente, diferencia de un paso de exposición (ver documento referido anteriormente relativo al obturador). Por tanto, la abertura f/22 deja pasar la mitad de luz que la abertura f/16 y el doble que f/32, y el número mayor f/64, debido a la relación inversa, corresponde con la abertura más pequeña y coincide físicamente con el menor tamaño posible para el agujero del dispositivo.

Resumiendo, la diferencia de un valor con su anterior o posterior equivale a un paso de exposición y cada una de las aberturas con relación a la anterior (según orden en la escala de izquierda a derecha) tiene un menor diámetro y por tanto permite capturar menos luz. La escala establecida lo ha sido con el objeto de mantener esa relación de cantidades de luz pero, en la mayoría de las cámaras, también existen valores intermedios que se corresponden con diferencias menores a un paso de exposición, por ejemplo de ⅓, ½, etc.

Se puede observar que el valor de los números resultantes ...11, 16, 22... no son entre ellos la mitad ni el doble como hemos apuntado al referirnos a la cantidad de luz, el motivo lo argumentaremos más adelante.

Se entiende como la luminosidad de un objetivo al valor de su máxima abertura, por lo que un objetivo con abertura máxima de f/2 es más luminoso que uno de f/2’8. En los objetivos zoom normalmente no se mantiene la máxima luminosidad en todas las longitudes focales permitidas, sino que en la posición de teleobjetivo la luminosidad suele ser menor que en la de angular. Dado que una luminosidad alta implica diámetros de abertura grandes y por tanto lentes de mayor tamaño y coste, se trata por tanto de un parámetro que define la calidad de un objetivo.
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Relación entre cantidad de luz entre valores de abertura diafragma

Para los que les pueda interesar vamos a demostrar la relación de cantidad de luz que existe entre 2 valores de de la escala de aberturas del diafragma.

Como hemos visto anteriormente, para una determinada longitud focal (f) de un objetivo se puede establecer una relación entre el diámetro del círculo de la abertura y el valor con el que se designa mediante una relación inversamente proporcional, es decir:

d=f/n; siendo d el diámetro, f la longitud focal y n el valor de la abertura

A partir de la fórmula podemos deducir cual es la relación en cantidad de luz entre 2 valores de abertura como por ejemplo f/16 y f/32.

Para ello se considera que la abertura del diafragma tiene una forma muy aproximada a un círculo, por lo que el área resultante es conocida en función de su radio o su diámetro:

Área del círculo = π.r² = π.(d/2)² = π.d² /4

Si designamos como d1 al diámetro para abertura f/16 y como d2 para la abertura f/32, quedaría para una misma distancia focal las relaciones d1=f/16 y d2=f/32, y en consecuencia se deduce que d1=2.d2 y en términos de área resulta:

a1 = π.d1²/4 = π.(2.d2)²/4 = 4.π.d2²/4 = 4.(π.d2²/4) = 4.a2

Se ha demostrado que de 16 a 32 el área se divide por 4 y como la cantidad de luz está relacionada directamente con la sección de transmisión podemos afirmar que se reducirá en un factor de 4 la cantidad la luz que atraviesa dicha área y que entre las aberturas 16 y 32 existen dos pasos de exposición. Si aplicamos el mismo desarrollo a dos valores de la escala consecutivos podemos comprobar que su relación es del doble o la mitad.
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El valor de exposición

Considerando que el obturador es también un dispositivo de control sobre la cantidad de luz, el uso conjunto con el diafragma nos proporciona un mayor grado libertad, al permitirnos establecer varias combinaciones que producen como resultado la misma transferencia de luz. Por ejemplo, los pares f/8-1/60”, f/11-1/30” o f/5’6-1/125” son totalmente equivalentes en los términos indicados; estas combinaciones pueden verse en algunos objetivos de gama alta como el mostrado en la figura 3 (rectángulo amarillo).

A estos emparejamientos se les puede referir con un sólo valor que se denomina valor de exposición (VE en adelante) o exposure value en inglés (EV) que presenta las ventajas de:

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Es único para una determinada cantidad de luz e identifica múltiples combinaciones de abertura y velocidad
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Es independiente de la sensibilidad (en otros documentos se explica el significado del término)

Por ejemplo VE5 equivale siempre a f/4-1/2” u otra combinación equivalente, independientemente de si la medición se realiza a 100 ISO o 200 ISO. Esto no nos debe confundir con que si medimos una escena a 100 ISO nos dará como resultado un VE que será distinto y menor que si la medición la realizamos a 200 ISO, o dicho de otro modo, con un ajuste de sensibilidad determinado el VE medido sobre una escena en nuestra cámara o exposímetro de mano es diferente del que obtenemos al colocar otro valor distinto en el selector de sensibilidad.

Un incremento de una unidad en el VE implica la mitad de transferencia de luz, es decir, VE12 corresponde a f/5’6-1/125” y VE13 a f/5’6-1/250”, y se corresponde con un paso de exposición.

Un VE grande indica la existencia de una mayor intensidad luminosa en la escena y por tanto, para una correcta exposición, es compensada por nuestro exposímetro con valores que producen una menor transferencia de luz. Por ejemplo, VE0 se corresponde con f/16-4 minutos mientras que un VE18 se corresponde con f/16-1/1000” (una milésima de segundo). Como referencia de rangos el exposímetro de mano LUNA-PRO F de GOSSEN (figura 4) presenta una escala de valores VE desde –8 hasta 24 con ⅓ de precisión, con lo que cubre un enorme abanico de luminosidades.

Aunque no es normal disponer de una escala de VE en un objetivo, con el mostrado en la figura 3 sí existe una escala de color naranja, situada a la derecha del rectángulo amarillo, que nos indica los valores VE posibles para el mismo, aunque algunos de ellos, VE2 y VE3, sólo son alcanzables en la posición B (bulb).

Es obvio indicar que, para cada intensidad luminosa de una escena y sensibilidad determinada, el valor VE que produce una correcta exposición es sólo uno, o lo que es lo mismo, una correcta exposición implica un único valor VE. No obstante, el material sensible admite cierta tolerancia a la exposición, aunque la desviación con relación al valor VE perfecto casi siempre implica una pérdida de calidad y solamente suele ser admisible, sin superar la tolerancia, con escenas de contraste bajo.

El diafragma como elemento de control de la profundidad de campo

La otra función del diafragma consiste en establecer la profundidad de campo, es decir, el rango de distancias en las que los objetos resultan enfocados.

A este respecto se debe conocer que las aberturas de diafragma pequeñas o de número n mayor proporcionan una mayor profundidad de campo que los diafragmas grandes o con un número n menor lo cual implica que, llevado a un extremo, un hipotético objetivo con un valor n próximo al infinito (∞) enfocaría todos los planos de cualquier imagen.


En la figura 5 se muestra como resultan enfocados los puntos P0, P1 y P2 según la abertura del diafragma. Se observa que el diámetro d1 es mayor que el d2 por lo que, sobre el plano de la película, el punto P1 es representado más desenfocado que el P2 (más alejado del material sensible). Con ello, se ha comprobado que un diafragma más cerrado produce una mayor profundidad de campo, esto no se debe asociar con la máxima calidad o rendimiento óptimo de un objetivo, de hecho ésta se consigue con aberturas  intermedias o entre 3-4 pasos de la máxima abertura del objetivo.

Parece lógico pensar que el sujeto principal deba situarse en el lugar de máximo enfoque dentro de la profundidad de campo o lo que es lo mismo, que el enfoque se debe realizar siempre sobre el sujeto principal. Sin embargo, esta forma de proceder, provoca en ocasiones la pérdida de enfoque sobre otros objetos que también pueden ser de nuestro interés y que podrían también quedar enfocados; sobre todo en aquellos supuestos en los que el sujeto principal está situado en los extremos de la escala de distancias, como por ejemplo en el infinito. Con el enfoque realizado para la escena de la figura 6 sólo queda nítido el pie que está situado a la mayor distancia posible de la toma; sin embargo, con ese enfoque -que por otro lado puede ser debido a una decisión consciente- hemos perdido la posibilidad de obtener los planos anteriores también enfocados.

Círculo de confusión

En realidad, cuando se enfoca una escena sólo quedan realmente enfocados todos aquellos objetos situados exactamente a la misma distancia (sobre un mismo plano,); pero, nuestros ojos no son capaces de distinguir pequeñas diferencias de enfoque de otros objetos próximos aunque realmente no están enfocados.

Sean, por ejemplo, tres puntos de la escena P1, P0 y P2 (figura 7) situados a diferentes distancias L.

Para una determinada longitud focal y diámetro (d) de abertura del diafragma, el enfoque se produce sobre los puntos P1r, P0r y P2r si hemos colocado la distancia de enfoque de nuestro objetivo en L0.

Los puntos P1 y P2 se registran en el plano de la película o sensor como un disco de diámetro d1 y d2. Si este disco es menor que el denominado círculo de confusión (tolerancia al desenfoque), nuestros ojos lo aprecian como un punto por lo que se puede decir que  P1 y P2 están visualmente enfocados.

Existen varios criterios para definir el diámetro máximo del círculo de confusión, uno en base a la longitud focal del objetivo normal, por lo que para una película de 35 mm quedaría:

d (diámetro del círculo confusión en mm) = f objetivo normal/1000 = 50 mm/1000 = 0,05 mm

Y el otro es el aplicado por Carl Zeiss que es más estricto:

d = diagonal película/1730; por lo que resulta d = 0,025 mm para 35 mm

Distancia hiperfocal

Para un determinado diafragma existe una distancia, denominada hiperfocal, con la que se consigue la máxima profundidad de campo posible si el enfoque se realiza sobre la misma y ésta no tiene porque coincidir necesariamente con la distancia de enfoque correspondiente a la del sujeto principal de la escena a fotografiar.

La distancia hiperfocal es la distancia mínima a la que se debe situar el centro del enfoque que, con un determinado valor de abertura de diafragma, produce la máxima profundidad de campo, o dicho de otra manera, la distancia mínima con el enfoque en el infinito a la que un punto es apreciado todavía por el ojo como un punto y no como un disco.

En la figura 8 se representa el caso de un enfoque sobre un punto situado en el infinito (punto naranja), con este supuesto la distancia hiperfocal es L2 si se cumple que el diámetro d2 es el máximo admisible para el círculo de confusión.

Se puede comprobar que cuando se sitúa el infinito en un extremo de la zona enfocada para una determinada abertura de diafragma, se obtiene la máxima profundidad de campo posible con ese valor, por lo que la posición de enfoque se corresponde con la hiperfocal.

La definición y el esquema óptico pueden resultarnos complicados para entender cómo obtener la distancia hiperfocal; pero si lo analizamos a nivel práctico sobre la escala de un objetivo de 50 mm (angular) de formato 6x6 cm para un diafragma f/22 y situamos en el enfoque en el infinito vemos que la profundidad de enfoque alcanza desde 2,5 m al infinito (figura 9) con ello descubrimos que la hiperfocal es esa distancia mínima de 2,5 m a partir de la cual todo está enfocado. Ahora, si situamos la posición de enfoque en 2,5 m la profundidad de campo obtenida es desde 1,25 m (media distancia hiperfocal) hasta el infinito (figura 10), máxima para el diafragma elegido.

Es evidente que para utilizar el enfoque sobre la hiperfocal, en una escena real, también debe comprobarse que el sujeto principal queda situado dentro de la profundidad de campo obtenida. Y como el enfoque no sólo se obtiene sobre el sujeto principal, sino que por delante y por detrás del mismo aparecen otros planos enfocados, debemos valorar cuales son los objetos que nos interesa registrar con nitidez para determinar el punto correcto del enfoque.

Por detrás de la distancia de enfoque, el rango de profundidad de campo obtenido es mayor que por delante, como podemos comprobar con la figura 10, donde vemos claramente que para una abertura f/16 el campo de enfoque hacia adelante llega aproximadamente a 1,5 m (diferencia de 1 m respecto a la distancia de enfoque de 2,5 m), mientras que por detrás alcanza hasta los 8 m.

En algunas cámaras, normalmente de tipo réflex de un objetivo, el efecto de la profundidad de campo puede verse a través del visor mediante un pulsador que cierra el diafragma al valor seleccionado, en otras se indica con una escala sobre el objetivo o con una escala luminosa en el interior del visor lo que nos obliga a estimar los resultados y en otras, simplemente, no existe ninguna indicación.

Aplicación principal del diafragma

Cuando medimos la exposición el fotómetro de la cámara nos proporciona una serie de combinaciones de tiempo de exposición y abertura del diafragma válidas para la exposición correcta. La decisión sobre un par de valores entre los posibles supone siempre un compromiso, y en muchas ocasiones tendremos que priorizar un parámetro sobre el otro para determinar el valor de ambos; lo que puede obligarnos a perder profundidad de campo o a tolerar el movimiento en  alguna parte de la imagen.

Generalmente, si el tiempo de exposición para una determinada toma es poco relevante como para una escena estática y con la cámara sobre un trípode, la abertura del diafragma se utilizará para controlar la profundidad de campo. A este respecto, puede interesarnos que en un paisaje quede totalmente enfocado desde el primer al último plano y, sin embargo, para un retrato puede resultar más interesante si lo despegamos desenfocando el fondo.

En situaciones donde la excesiva cantidad de luz nos obliga a una velocidad elevada y una abertura del diafragma muy cerrada -cuando en realidad deseamos poca profundidad de campo-, sólo podremos bajar la sensibilidad o utilizar filtros para reducir la luz transmitida (densidad neutra, polarizadores, de colores para blanco y negro...).

Aunque un diafragma más cerrado produce una mayor profundidad de campo, esto no se debe asociar con la máxima calidad o rendimiento óptimo de un objetivo (denominado también punto dulce), debido a las aberraciones, las limitaciones en diseño o construcción, las difracciones y las reflexiones internas. De hecho, la mejor nitidez para la mayor parte de los objetivos se consigue con aberturas intermedias o entre 3-4 pasos de la máxima abertura del objetivo, siendo este valor una característica propia para cada objetivo. Con ópticas antiguas se aconsejaba utilizar preferiblemente entre f/8 y f/11 con lo que además era buena la profundidad de campo conseguida, pero con los objetivos más recientes se ha mejorado bastante ese aspecto sobretodo con lo de coste más elevado.

Yo prefiero trabajar con la cámara en la posición de prioridad de abertura, por lo que selecciono la abertura del diafragma para la profundidad de campo que me interesa. Solamente utilizo un valor no deseado si la velocidad resultante es tan baja que sería imposible conseguir algo de nitidez en la toma.

Además me gusta 'abusar' de las velocidades bajas ya que me permiten efectos donde se mezclan zonas estáticas y movidas, que para mí dan mucha calidez y vida a la imagen sobre todo cuando interviene el elemento humano.

Consejos para los que se inician en la fotografía respecto al diafragma

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Utilizar cuando sea posible un diafragma medio f/5,6; f/8 o f11 para mejor calidad de imagen
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Si hay poca luz abrir el diafragma (poner un número bajo), por ejemplo, a f/4 o más abierto
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Si hay mucha luz cerrar el diafragma (poner un número alto), por ejemplo, a f/16 o más cerrado
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Con los retratos de primeros planos utilizar un diafragma abierto para separar la persona del fondo
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En paisajes utilizar diafragmas cerrados y preferiblemente usar trípode
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Con velocidades bajas no utilizar diafragmas pequeños, ya que la foto podría salir movida
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© Jorge Lidiano.
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