הגיע הזמן לחזור שוב ליסודות. בסדרת הפוסטים הבאה אסקור מספר טכנולוגיות נפוצות לתאורה בצילום עם התמקדות בעקרונות הפעולה של מבזק אלקטרוני ויישומים של מבזק אלקטרוני. החומר הינו ברמה למתקדמים, ומתאים לסטודנטים לצילום בתכניות לימוד אקדמיות ולחובבים המעונינים להרחיב את הידע הטכני שלהם.

להלן רשימת הנושאים,  לפי מספר הפוסט בו יופיעו:

פוסט מס׳ 48: טכנולוגיות תאורה לצילום, חלק א: מבוא לאור ותאורה

מהו אור? תורת הגלים, אנרגיה אלקטרומגנטית, שדה חשמלי, שדה מגנטי, אורך גל, תדר, משרעת, תאוריית הקוואנטים, פוטונים.

יצירת אור: שריפה, חימום בוואקום, ניצוץ- קשת חשמלית, פריקה חשמלית, הארה, הארה אלקטרונית,

איכות צבעונית של אור, עקומה ספקטרלית, טמפ׳ צבע, ספקטרום רציף ולא רציף, טמפ׳ צבע מקבילה,  CRI, חוק הריבועים ההפוכים.

יחידות של אור: עצמת הארה, שטף האור, אור נופל ואור חוזר.

פוסט מס׳ 49: טכנולוגיות תאורה לצילום חלק ב: סוגי תאורה, המבזק האלקטרוני

היסטוריה של התפתחות טכנולוגיות התאורה: נורות טנגסטן וטנגסטן הלוגן, נורה פלורסנטית, LED, HMI, מבזק אלקטרוני.

היסטוריה של התפתחות המבזק, מבנה מבזק אלקטרוני, שפופרת ההבזקה, סוגי שפופרות, פריקת המטען, משך ההבזקה, עצמת האור, GN.

סוגי מבזקים, שיקולים בבחירת מבזקי סטודיו

פוסט מס׳ 50: טכנולוגיות תאורה לצילום, חלק ג: ישומי מבזק אלקטרוני

סינכרוניזציה של מבזק עם סגר מישור המוקד

ישומי מבזק: אור ישיר, אור מילוי, אור מוחזר, שילוב מבזק עם אור יום, עין אדומה, מפזרי אור, הפעלה מרחוק.

מדידת אור עם מבזק

Fast Sync, Slow Sync, Rear Curtain Sync, Front Curtain Sync

שליטה בצבעוניות, שימוש בג׳לים

Strobe

כפי שאתם רואים מדובר בלא מעט חומר, אז ניגש לחלק הראשון העוסק במבוא לאור ותאורה. קצת פיסיקה, לא לחשוש, הכל יוסבר באופן ברור ופשוט!

הצילום הראשון של נייפס מ-1826 נוצר לאחר  כ- 8 שעות חשיפה לאור השמש. מאז ועד היום אור השמש מהווה מקור אור מענין, מסתורי, תמיד בזרימה ומשתנה כל הזמן ובכל מקום.

סרטון Time Lapse נחמד המתאר את השתנות האור לאורך עונות השנה תוכלו לראות כאן.

עם זאת, אחד החסרונות העיקריים של אור השמש הוא חוסר האפשרות לשלוט בו: מזג האויר, שעת היום, עונות השנה ושלל גורמים נוספים גורמים לאור השמש להיות בלתי צפוי. פעמים רבות התנהגות זו צופנת בחובה אפשרויות חזותיות רבות לצילום אולם במקרים רבים דרושים לצלם תנאי צילום ידועים ונשלטים. לכן, מאז המצאת הצילום שאפו צלמים לפתח מקורות אור מלאכותיים בעלי תכונות דומות לאור השמש אולם ניתנים לשליטה מוחלטת של הצלם. בסופו של דבר, בבסיס כל צילום טוב עומדת השליטה באור ובתאורה.

מהו אור?

לשאלה זו אין תשובה פשוטה ונחוצות שתי תאוריות פיסיקליות מקובלות על מנת לענות עליה: תאוריית הגלים ותאוריית הקוואנטים.

האור הנראה הוא חלק צר מתחום רחב של גלים אלקטרומגנטיים אותו אנו מסוגלים לחוש באמצעות מערכת הראייה האנושית.

אנרגיה אלקטרומגנטית נוצרת כאשר אלקטרונים המקיפים את גרעין האטום חוזרים למסלול קרוב יותר לגרעין לאחר שאנרגיה ממקור חיצוני הרחיקה אותם ממנו. בתהליך החזרה למסלול הקרוב יותר לגרעין נפלטת אנרגיה הנקראת אנרגיה אלקטרומגנטית. אחד המופעים של אנרגיה זו הוא האור הנראה.

                                                                                        מקור: Wikipedia

אלקטרון העולה ויורד בין מסלולים המקיפים את גרעין האטום נקרא אלקטרון רוטט. במהלך המעבר בין המצבים האנרגטיים האלקטרון יוצר שדה חשמלי. כל שינוי  בשדה החשמלי משפיע גם על השדה המגנטי ולכן האנרגיה המשתחררת בתהליך נקראת אנרגיה אלקטרומגנטית.

השינויים בשדה החשמלי גורמים לשינוי תזזיתי בשדה המגנטי המתפשט לכל הכיוונים. זוהי למעשה הקרינה האלקטרומגנטית הנעה כגל, בעל אורך גל נתון ותדר נתון.

אורך הגל תלוי בתדר שלו (מספר הפעמים בשניה בהם הוא עולה ויורד), האנרגיה פרופורציונלית לתדר: ככל שאורך הגל קצר יותר האנרגיה גבוהה יותר ולהפך. אורך הגל משפיע על תחושת הצבע שלנו: אור באורך גל של 400 ננומטר (ננו מטר = עשר בחזקת מינוס 9 של המטר) גורם לתחושה אותה אנו מכנים ״כחול״ ואילו אור באורך גל של 500 ננומטר גורם לתחושה אותה אנו מכנים ירוק. גובה הגל נקרא משרעת (Amplitude) וקובע את עצמת הגל, הבאה לידי ביטוי באור הנראה כבהיקות (Luminosity) שלו.

                                                                                    מקור: Wikipedia

בכוחה של תאוריית הגלים להסביר תופעות רבות הקשורות לאור אולם היא נכשלת בהסברת תופעות רבות אחרות. לצורך כך מגייסים את תאוריית הקוואנטים (מנות) שפותחה ע״י אלברט אינשטיין בראשית המאה העשרים. עפ״י תאוריית הקוואנטים האור מורכב מ״מנות״ קטנות של אנרגיה במסה קבועה. מנות אלו נקראות פוטונים (Photons).

כיצד נוצר פוטון?

גרעין האטום מורכב מפרוטונים כבדים בעלי מטען חשמלי חיובי ומנויטרונים חסרי מטען. אלקטרונים טעונים במטען שלילי (שמסתם היא 1/2000 מזו של פרוטון) סובבים את הגרעין. בתנאים מסויימים עשוי פרוטון לאבד את מטענו ולהפוך לניוטרון. תהליך זה, הנקרא בשם התפוררות בטא גורם ליצירת עוד שני חלקיקים קלי משקל: הנויטרינו (שהוא אלקטרון חסר מטען) והפוזיטרון (שהוא אלקטרון בעל מטען חיובי). הימצאותם של חלקיקים אלו הוכחה בניסויים רבים.

כאשר פוזיטרון (בעל מטען חיובי) פוגש אלקטרון רגיל (בעל מטען שלילי) המטענים הנגדיים מבטלים זה את זה. המסה המזערית של שני החלקיקים נעלמת והופכת לאנרגיה. אנרגיה זו באה לידי ביטוי כשני פוטונים (מנות) של אור בתהליך הידוע כ״השמדה הדדית״ (Mutual Annihilation).

תהליך זה הינו הפיך: כאשר קרינה אלקטרומגנטית מגיעה לסביבתו של גרעין האטום בכוחה לשחרר אלקטרון ופוזיטרון. תהליך היצירה ההדדית ממיר שני פוטונים לזוגות המקוריים של אלקטרון-פוזיטרון.

כיצד ניתן ליצור אור?

1. ע״י שריפה בנוכחות חמצן: להבה מחומר הניתן לשריפה: נרות, מנורות שמן, גפרורים, סרט מגנזיום, אבקת הבזקה, נורות הבזקה ועוד. חסרונות: חום, עשן, ריח ויעילות אנרגטית נמוכה מאד (כלומר רוב האנרגיה מתבזבזת ולא באה לידי ביטוי כאור).
2. חימום בוואקום (ריק): פילמנט פחם או טנגסטן בנורות להט (Incandescent Lamp) חשמליות. חסרונות: חום, אורך חיים קצר, יעילות אנרגטית נמוכה.     נורת להט המבוססת על פילמנט (חוט) טנגסטן בתוך שפופרת ריק. מקור: Amazon
3. ע״י ניצוץ או קשת חשמלית: קשת פחם. העברת מתח גבוה בגליל פחם דק.
4. פריקה חשמלית (Discharge): בגז או אדי מתכת, מבזק אלקטרוני, נורה פלורסנטית, HMI
5. הארה (Luminesence): זרחן, נורות אדי נתרן וכספית
6. הארה אלקטרונית Electro Luminesence :LED
   מושגי יסוד בתאורה: מקורות האור השונים נבדלים זה מזה במספר תכונות, הנגזרות מאופן יצירת האור ומגורמים נוספים.איכות צבעונית (Spectral Quality): הקרינה מרוב מקורות האור הינה תערובת של אור באורכי גל שונים. הגוון של האור או איכותו הצבעונית משתנה בהתאם להתפלגות האנרגיה בכל אורך גל בספקטרום. רוב מקורות האור לצילום יוצרים אור הנקרא ״אור לבן״: זהו מושג מעורפל, הרומז לכך שמבחינה חזותית לא חסר באור הרכב מסויים של אורכי גל, אולם אינו מציין שום הגדרה מדוייקת של הצבע. קיימים סוגים רבים של ״אור לבן״ השונים בהרכבם הספקטרלי מזה של אור היום בצהריים הנחשב לאור לבן קלאסי.
   עקב התופעה הנקראת  הסתגלות (Color Constancy) אין הדבר מהווה בעיה עבורנו בחיי היום יום: העין נוטה להסתגל לכל מקור תאורה ולראות אותו כלבן אולם אמצעי הצילום השונים אינם מתנהגים כך. ניתן לתאר את התכונות הצבעוניות של מקור אור באמצעות עקומה ספקטרלית המתארת את העוצמה היחסית של כל אורך גל על פני הספקטרום הנראה.להלן עקומות ספקטרליות של מספר מקורות אור המשמשים לצילום:
   
   טמפ׳ צבע (Color Temp): בצילום, האופן המועדף לתאור התכונות הצבעוניות של מקור אור הוא באמצעות המושג טמפ׳ צבע. מושג זה מוגדר באמצעות מה שנקרא בפיסיקה ״גוף שחור״ (Black Body): גוף הפולט קרינה אך ורק כתלות בטמפ׳ שלו ולא בסוג או אופי החומר ממנו הוא עשוי. הגוף השחור נקרא גם ״מקרן מושלם״ (Perfect Radiator) היות והוא פולט את כל האנרגיה שקלט.
   אם כך, טמפ׳ הצבע של מקור אור מוגדרת כטמפ׳ בה הגוף השחור יפלוט אור בהרכב ספקטרלי זהה לזה שפולט מקור האור אליו אנו רוצים להשוות אותו.
   טמפ׳ צבע נמדדת בסולם מעלות קלווין (Kelvin) בו האפס הוא 273- מעלות צלזיוס, נקודה הידועה כאפס המוחלט.
   לדוגמא, לאור יום סטנדרטי טמפ׳ צבע של 5500 מעלות קלווין: אם היינו מחממים את הגוף השחור לאותה טמפ׳ הוא יפלוט אור בעל הרכב ספקטרלי זהה לזה של אור יום.
   לנורת טנגסטן ביתית טמפ׳ צבע של 2800 מעלות קלווין, כלומר יש לחמם את הגוף השחור לטמפ׳ זו כדי לקבל אור בעל התפלגות ספקטרלית זהה לזו של נורה מסוג זה. להלן טבלה המראה את טמפ׳ הצבע של מספר מקורות אור ואת ההרכב היחסי של האדום, הכחול והירוק בכל אחד מהם:
   
   להלן טבלה המשווה את טמפ׳ הצבע של מספר מקורות אור לצילום:

   טמפ׳ צבע מקבילה (Equivalent Color Temp): מונח זה משמש לצורך תאור האפיון הספקטרלי של מקורות אור אשר הספקטרום שלהם איננו רציף, בעיקר נורות פלורסנטיות. במקרה זה מקור האור איננו מתנהג כמו הגוף השחור אשר לו ספקטרום רציף ולכן אי אפשר להגדיר את איכותו הספקטרלית באמצעות המונח ״טמפ׳ צבע״: במקום זאת אנו מגדירים את המונח החלופי ״טמפ׳ צבע מקבילה״ ומציינים גם את מידת הקרבה של איכותו של האור לאיכות הספקטרלית של המקור אליו אנו משווים: לדוגמא, נורת פלורסנט מסוג Daylight, בעלת ערך  CRI: Color Rendering Index של 90 הינה בעלת איכות ספקטרלית הקרובה ב-90% להרכבו הספקטרלי של אור יום רציף אמיתי.

7. חוק הריבועים ההפוכים (Inverse Square Law): עצמת האור נופלת עם המרחק בריבוע. כלומר: כאשר המרחק בין מקור האור לבין הנושא מוכפל, עצמת האור הנופלת על הנושא קטנה פי 4.
   יחידות של אור
   כל מקור אור שולח זרם של אנרגיה (פוטונים) לחלק או לכל הכיוונים בחלל. משתמשים ביחידות שונות למדידת אנרגיה זו. כצלמים, היחידות הרלבנטיות הן היחידה הבסיסית של עצמה (Intensity) ויחידות נוספות הנגזרות ממנה.
   1. עצמת ההארה (Luminous Intensity, I): יחידה זו מודדת את הכח של מקור אור. כיום משתמשים ביחידה הנקראת נר (Candela, cd), שהיא 1/60 של האנרגיה הנפלטת מ- 1 סמ״ר של פלטינה המחוממת לנקודת ההתכה שלה. לדוגמא, הכח של נורת טנגסטן הוא 1cd לכל 0.5 וואט של הספק חשמלי, כלומר נורה בהספק של 100 וואט תפלוט אור בעצמת הארה  200cd.
   ביחידה זו משתמשים גם כדי לציין את עצמת ההארה הנפלטת משטח מסויים, ביחידות של נר למ״ר cd/sq.m.
   1Candela/sq.m = עצמת האור של משטח בעל החזר של 100% עליו נופל אור של 1Lux.
   לדוגמא, עצמת האור הנפלטת מצג מחשב יכולה להגיע ל- 300 נר למ״ר.אור נופל ואור חוזר:
   במדידת אור חוזר אנו מודדים בהיקות (Illumination). במדידת אור נופל אנו מודדים הארה (Luminance).
   2. שטף האור (Luminance Flux): השטף האורי מתאר את זרימת האנרגיה המוקרנת ממקור אור ונמדד ביחידות הנקראות Lumen.
   1Lumen הוא סה״כ השטף האורי שמקור אור בעל עצמת הארה של 1cd פולט לתוך חרוט (בעל מידות נתונות) בחלל.

   
   

3.  לוקס Lux היא יחידת מידה בה משתמשים למדידת עצמת האור הנופל על האזור לו הוא מיועד. לוקס אחד הוא עצמת האור הנופל על משטח הקולט Lumen אחד למ״ר. לדוגמא, ביום שמש בהיר עצמת האור עשויה להגיע ל- 100,000 לוקס. באיצטדיון כדורגל מואר היטב תגיע עצמת האור ל- 1000 לוקס ובחדר ממוצע עצמת האור היא כ- 250 לוקס.

4. מאחר ובצילום יש חשיבות לא רק לעצמת האור אלא גם לזמן החשיפה, משתמשים ביחידות של Lux/Sec לוקס לשניה, כדי לתאר את עצמת האור המגיעה לאזור מסויים בשניה אחת.

עד כאן החלק הראשון בנושא זה. סקרנו את העקרונות עליהם מבוססים האור והתאורה, אופנים שונים של יצירת אור וכיצד מודדים אור.
בחלק הבא נתרכז במספר טכנולוגיות תאורה ובעיקר במבזק האלקטרוני.
שאלות, הארות והערות יתקבלו בברכה!