50. טכנולוגיות תאורה לצילום חלק ג: המבזק האלקטרוני

50. טכנולוגיות תאורה לצילום חלק ג: המבזק האלקטרוני

הגענו לפוסט מס׳ 50, העוסק בעקרונות הפעולה ובישומים של מבזק אלקטרוני.

המבזק הראשון הומצא בשנת 1899 ע״י Joshua Cohen: הפטנט שלו תאר שיטה להצתת אבקת הבזקה מבוססת מגנזיום באמצעות חוט להט שחובר לסוללה. עוד קודם לכן השתמשו צלמים בשיטות שונות  להצתת האבקה.flash1בשנת 1905 החל השימוש בנורות הבזקה שכללו חוט מגנזיום בתוך שפופרת ממולאת בחמצן. היה צורך להחליף נורה לאחר כל הבזקה:flash2בשנות ה- 60 של המאה ה-20 פיתחה Kodak את קוביית המבזק Flash Cube שאפשרה 4 הבזקות ללא צורך בהחלפת נורה:flash3בהמשך פותח גם ה- Flip Flash שכלל יותר נורות:

flash4צלמים מקצועיים המשיכו להשתמש במבזקי נורות שדרשו החלפת הנורה לאחר כל הבזקה:

flash5כמובן שהעיסוק המתמיד בהחלפת הנורות היה לא נוח, לא איפשר צילום מהיר והיה כרוך בעלות גבוהה.

הממציא שמצא את הפתרון לבניית מבזק רב שימושי שאינו מצריך החלפת נורה היה

Prof. Herold (Dock) Edgerton מאוניברסיטת MIT בארה״ב בשנות ה-30 של המאה העשרים.

סרטון קצר המתאר את המצאתו אפשר לראות כאן.

flash7דף מתוך בקשה לפטנט של Edgerton למבזק נייד, 1944 ודף מתוך יומן המעבדה שלו, 25.3.30.

flash8אחד המאפיינים הבולטים של המבזק האלקטרוני הוא יכולתו להקפיא תנועה עקב זמן ההבזקה הקצר. Edgerton יצר צילומים רבים בתחום זה שהפכו לצילומים איקוניים :

flash11

המבזק האלקטרוני מבוסס על קבל הפורק אנרגיה חשמלית במתח גבוה לתוך שפופרת התפרקות בה נוצר הבזק אור בעוצמה גבוהה ובאיכות ספקטרלית של אור יום:

flash9flash10flash12flash13flash14

פריקת המטען מן הקבל לשפופרת ההבזקה יוצרת עוצמת אור שעוצמתה מגיעה לשיאה תוך זמן קצר ולאחר מכן דועכת לאורך זמן ארוך יותר:

flash15T0.5 מוגדר כזמן, באלפיות השניה, בו המבזק מגיע ל-50% מהעוצמה המירבית. T0.1 מוגדר כזמן, באלפיות השניה, בו המבזק יורד ל10% מעוצמתו המירבית. נתונים אלו חשובים לצורך הבנת יכולתו של המבזק להקפיא תנועה.

עוצמה של מבזק אלקטרוני נמדדת ביחידות של הספק חשמלי: Watts/Sec או Joule. עם זאת חשוב להבין כי עצמת האור שתגיע לנושא קשורה גם לסוג השפופרת ולרפלקטור המורכב סביבה.

ניתן להגדיר את עוצמת המבזק גם באמצעות הביטוי ״מספר מנחה״ Guide Number הקושר את ההספק החשמלי לצמצם ולמרחק הנושא מן המבזק:
GN=Distance X f Number

לדוגמא, הכפלת המספר המנחה משמעותה שניתן לצלם את הנושא במרחק כפול באותו הצמצם או מאותו המרחק בצמצם אחד סגור יותר או שניתן להוריד את רגישות החיישן (ISO) בהתאם.
הכפלת המספר המנחה דורשת X4 עוצמה מאחר ועוצמת האור נופלת עם המרחק בריבוע בהתאם לחוק הריבועים ההפוכים.
המספר המנחה קשור ליחידות המרחק (רגל Feet או מטר) וישתנה בהתאם ליחידות שבשימוש. כמו כן הוא קשור למהירות החיישן: כל מספר מנחה נכון למהירות ISO נתונה.
לדוגמא, מספר מנחה של 45 במטר ל- ISO 100 משמעותו שניתן לצלם נושא הנמצא במרחק של 10 מ׳ בצמצם 4.5 או לחילופין ניתן לצלם נושא במרחק של 5 מ׳ בצמצם 9.
המספר המנחה הוא הערכה בלבד מאחר ולמעשה תאורת המבזק ממוקדת ואיננה מתנהגת כמו מקור אור מפוזר. כמו כן, מערכות מדידת האור TTL (דרך העדשה) מייתרות למעשה את השימוש ב-GN.

flash16

סוגי מבזקים:

flash17Slide61Slide62Slide63Slide64Slide65

שיקולים בבחירת מבזקי אולפן:

  1. Monolight או מרכזיה? מעבר לשיקולי עוצמה ומחיר כדי לכוון יחידות ML יש להגיע פיסית ליחידה בעוד שבמערכת מרכזיה השליטה בכל הראשים נעשית מן המרכזיה (למעט כיוון ומרחק). עם זאת, במצבים הדורשים מספר רב של ראשים ובמרחקים גדולים מן המצלמה אין תחליף ל-ML.
  2.  כמה ראשים? בד״כ אין צורך ביותר מ-4 ראשים. במצבים בהם יש להאיר אזורים נרחבים עשוי להתעורר צורך ביותר יחידות.
  3. יקר או זול? You Get What You Pay For. מבזקים זולים אינם משתלמים בד״כ וביצועיהם נחותים.
  4. איזו עוצמה? לאולפנים קטנים 200W/Sec יספיקו, לגדולים יותר 400-500. לחללים גדולים במיוחד עם תקרות גבוהות יהיה צורך בעוצמה גבוהה יותר.
  5. יכולת הפחתת העוצמה: זו תכונה חשובה מאד להתאמת המבזק לעוצמת התאורה הקיימת.
  6. משך ההבזקה: ככל שעוצמת המבזק גדולה יותר משך ההבזקה ארוך יותר. הבזקה ארוכה עשוייה להוות בעיה בצילום של נושאים הנעים במהירות, כמו רקדנים או מכונות.
  7. זמן המחזור: זהו משך הזמן העובר בין סוף ההבזקה הראשונה לתחילת השנייה. כלומר, כמה מהר המבזק מוכן להבזיק שוב במלוא העוצמה. מבזקים איטיים הופכים את חיי הצלם לסיוט ועשויים לגרום לפספוס צילום טוב. האפשרות לקבלת חיווי חזותי וקולי למצב Ready הניתנים לכיבוי בנפרד חשובה.
  8. אופן חיבור האביזרים למבזק, מגוון האביזרים ומחירם: אין תקן לענין זה ולכל יצרן שיטת חיבור שונה. מגוןן האבזירים, קלות הרכבתם, איכותם ומחירם משתנים מאד.
  9. Modeling Light: תאורת טנגסטן המובנית לראש המבזק ומאפשרת סימולציה של התאורה לפני ההבזקה ולאורך זמן. הימצאות אפשרות זאת, עצמת הנורה, אורך חייה, מחירה והאפשרות לשלוט בעוצמתה כמו בנורת ההבזקה הם גורמים משמעותיים ביותר.
  10. נורת ההבזקה: האם ניתן להחליפה לבד או יש צורך בטכנאי? אורך החיים ומחיר הנורה גם הן גורמים חשובים. מהי טמפ׳ הצבע של הנורה? האם היא קבועה בין הבזקות ולאורך זמן? האם יש סטייה בעצמת ההבזקה בין הבזקות ולאורך זמן?
  11. מהן האפשרויות להפעלת המבזק: כבל Sync (סטנדרטי או מיוחד?) IR, רדיו?
  12. התחממות: כמה הבזקות רצופות ניתן לבצע? תוך כמה זמן המבזק מתקרר? כיצד משפיעה התקנת אביזרים על התחממות המבזק?

תאום (Sync) בין סגר מישור המוקד לבין המבזק:

במצלמות עם סגר מישור המוקד, הנע, בד״כ מלמעלה למטה, חייב להיות סינכרון בין מהירות הסגר לבין הבזקת המבזק. אם המבזק מבזיק כאשר הסגר איננו פתוח לגמרי חלק מן המסגרת יוחשך ולא יחשף, כפי שניתן לראות בדוגמאות הבאות. הבעיה איננה קיימת במצלמות עם סגר עלים (או אם משתמשים בעדשה בעלת סגר עלים מובנה בתוכה ומנטרלים את סגר מישור המוקד שבמצלמה, כפי שניתן לעשות במצלמות בפורמט בינוני).

Slide68

סרטון קצר בנושא זה תוכלו למצוא כאן.

קיימים בשוק אביזרים רבים להרכבה על מבזקים לצורך שינוי איכות האור, בד״כ כדי לרכך את האור הקשה של המבזק הישיר.

Slide75Slide77Slide79Slide80Slide81Slide82Slide83Slide84Slide85Slide86Slide87Slide88Slide89Slide90Slide91Slide92Slide93

אחת התופעות האפייניות לשימוש במבזק ישיר היא תופעת העין האדומה (בבני אדם) או הכחולה (בכלבים) הנובעת מהחזרת אור מתוך העין כאשר המבזק מאיר ישירות לתוכה.

Slide78

מדידת אור עם מבזק

קיימות 6 שיטות עיקריות למדידת אור בעבודה עם מבזק:

  1. שיטת ניסוי וטעיה: חיפוש הצמצם הנכון ע״י ביצוע סדרת חשיפות באופן ידני
  2. מדידה אוטומטית באמצעות חיישן הנמצא על המבזק – ללא קשר למצלמה
  3. מדידת TTL: דרך העדשה, אפשרי עם מבזקים יעודיים. האור החוזר מן הנושא נמדד תוך כדי החשיפה. המצלמה תפסיק את החשיפה כאשר הושגה החשיפה האופטימאלית.
  4. מדידת TTL מתקדמת (A-TTL): במצב זה מתבצעת חשיפה מוקדמת (Pre Flash) כדי לבדוק את מרחק הנושא מן המצלמה ולקבוע את הצמצם בהתאם. ההבזקה המוקדמת מתבצעת כאשר כפתור המחשף לחוץ למחצה. בשימוש במדידה זו במצב Program נעשית השוואה בין תוצאות מדידת האור של המבזק לאור הקיים והמצלמה בוחרת את הצמצם הסגור ביותר האפשרי כדי לקבל עומק שדה מירבי.
  5. מדידת TTL מוערכת (Evaluative TTL): במדידה זו ההבזקה המוקדמת מתרחשת ממש לפני פתיחת הסגר ולא במצב חצי לחיצה ולא כאשר מתבצעת מדידת האור הקיים (Ambient). מדידה זו היא המדוייקת ביותר.
  6. שימוש במד חשיפה למבזק (לא מקובל ולמעשה לא נחוץ בצילום דיגיטלי אלא לצורך בדיקת עצמת האור באזורים שונים בנושא).

אחד היתרונות של המבזק האקלטרוני היא היכולת לשלב אותו בקלות עם אור יום:

Slide95Slide96ניתן לשנות את סינכרון המבזק עם וילונות סגר מישור המוקד וליצור שילובים שונים של אור קיים ותאורת המבזק בחשיפה קצרה Fast (High Speed) Sync
ובחשיפה ארוכה Slow Sync.

סגר מישור המוקד כולל בד״כ שני וילונות, האחד מתחיל את החשיפה והשני מסיים אותה. במצלמות רבות קיימת האפשרות לבחור מתי יבזיק המבזק: בתחילת החשיפה או בסופה.

הבזקה לפני תחילת החשיפה נקראת Front (First) Curtain Sync

הבזקה בסוף החשיפה נקראת Rear (Second) Curtain Sync

Slide98Slide99Slide100Slide101Slide102Slide103Slide104Slide105Slide106Slide107Slide109Slide110Slide111Slide112Slide113Slide115Slide118Slide119

זהו, תם ונשלם פוסט מס׳ 50. קצת ארוך, אבל אני מקווה שמועיל.

שאלות, הערות והארות יתקבלו בברכה.

מודעות פרסומת

49. טכנולוגיות תאורה לצילום חלק ב: סוגי תאורה

49. טכנולוגיות תאורה לצילום חלק ב: סוגי תאורה

בחלק ב של טכנולוגיות התאורה נדון בסוגים שונים של אמצעי תאורה, בהיסטוריה של התפתחות טכנולוגיות התאורה ונסקור את עקרונות הפעולה של נורות טנגסטן וטנגסטן הלוגן, הנורה הפלורסנטית, תאורת HMI, תאורת LED ונסיים בעקרונות הפעולה של המבזק האלקטרוני. הרחבה בנושא אחרון זה תהיה בחלק ג.

נתחיל באיור המתאר את התפתחות טכנולוגיות התאורה לאורך השנים:

lighthistor

סרטון קצר המתאר את ההיסטוריה של התפתחות התאורה תוכלו למצוא כאן. מקור: qdvision.

הדורות הראשונים של הצלמים נאלצו להסתפק באור השמש ולעיתים השתמשו באבקת הבזקה.
למעשה, כבר Talbot לקראת אמצע שנות ה-40 של המאה ה- 19 השתמש באבקת הבזקה.

flash

פרסומת למתקן להצתת אבקת הבזקה עם טבלת החשיפה של חב׳ Agfa, משנת 1887:

flash1

סטודיו לצילום עם חלון אור צפוני נחשב שנים רבות לסטודיו המועדף על צלמים רבים.

studioגם כיום צילום באור יום טבעי מועדף ע״י צלמים רבים. ניתן לשלב אור יום טבעי עם אמצעי תאורה מלאכותית כמו מבזקי אולפן.

studio1

באמצע המאה ה-18 היה מקובל להאיר תיאטראות ואולמות קונצרטים בפנסים שנקראו Lime Light שהיו מבוססים על שריפת סיד (Lime) בנוכחות חמצן ומימן. לאור הסרבול והסיכון הרב שהיה כרוך בהפעלת פנסים מסוג זה רק צלמים מעטים השתמשו בהם. עד היום נהוג להשתמש בביטוי: Under The Lime Light כתאור למישהו או משהו הנמצא במרכז ההתענינות.

Parallels DesktopScreenSnapz008

עם פיתוח רשת החשמל ונורת הטנגסטן השימושית ע״י אדיסון בסוף המאה ה-19 החלו צלמים להשתמש במה שנקרא בשפה המקצועית ״תאורה חמה״: תאורת הטנגסטן היא בעלת ספקטרום רציף, כמו אור השמש, צבע האור שהיא מפיקה תלוי במתח החשמלי הזורם דרכה (ככל שהמתח גבוה טמפ׳ הצבע עולה, דבר המקשה על השימוש בה בצילום צבע, בעיקר עם סרטי צילום).

טמפ׳ הצבע הבסיסת המקובלת היתה 3200K (נורות Type A) או 3400K (נורות Type B), ויוצרו סרטי צילום בעלי רגישות צבעונית בהתאם. על מנת להשתמש בתאורה זו עם סרטי צילום המיועדים לאור יום היה צורך להשתמש במסנן כחול שגרם לירידה של כשני צמצמים בעצמת האור.

tungמבנה של נורת טנגסטן: עקרון הפעולה מבוסס על חימום באמצעות התנגדות חשמלית בואקום (ריק).

tung1

מן העקומה הספקטרלית נראה כי תאורת הטנגסטן עשירה באדום-צהוב ועניה בכחול, לעומת אור יום סטנדרטי המכיל כמויות שוות של אדום, כחול וירוק.

תאורת הטנגסטן הלוגן שפותחה במקור כבר ב- 1882 היגיעה לבשלות טכנית ומסחרית בשנות ה- 60 של המאה ה-20. הוספת גז הלוגן לשפופרת הנורה מונעת את השחרת הדופן הפנימית שלה (כתוצאה מאידוי פילמנט הטנגסטן) במחיר של פליטת חום גבוהה יותר שחייבה החלפת שפופרת הזכוכית הרגילה בקוורץ. בנורות מסוג זה המשולבות ברפקלטור ניתן לשלוט באיכות הצבעונית של האור באמצעות ציפוי הרפלקטור. עקרון הפעולה: חימום באמצעות התנגדות חשמלית בנוכחות גז הלוגן.

tung2tung3

הנורה הפלורסנטית: התקני תאורה פלורסנטיים פותחו כבר ב- 1850 אולם הפכו מסחריים רק בשנות ה- 30 של המאה העשרים. סוג תאורה זה לא נקלט בתחום הצילום למרות נצילותו החשמלית הטובה יותר לעומת נורות טנגסטן מאחר וזהו מקור אור מפוזר שקשה מאד לשלוט בו. גם איכותו הצבעונית בעייתית היות והספקטרום שלו אינו רציף. עקרון הפעולה: פריקה חשמלית ופלורסנציה: ניצוץ הנוצר בין 2 אלקטרודות גורם ליינון של אדי כספית הממלאים את השפופרת. כתוצאה מכך נפלטות קרני אור UV הגורמות לפליטת אור נראה כאשר הן מגיבות עם הציפוי הזרחני של פנים השפופרת. חשוב לציין גם שנורות אלו מהוות מפגע סביבתי עקב התכולה של אדי כספית המשתחררים לאויר במקרה של שבר ולאור הציפוי הזרחני של פנים השפופרת.
כיום משתמשים לצרכי תאורה ביתית בנורות פלורסנטיות כתחליף לנורות הטנגסטן המקוריות, אבל נורות אלו אינן מתאימות לצילום.

מבנה שפופרת פלורסנטית:

flo

עקומה ספקטרלית של נורה פלורסנטית:

flo1

סוגים שונים של שפופרות פלורסנטיות:

flo2

טמפ׳ צבע של נורות פלורסנטיות:

flo3תאורת LED: בשנים האחרונות פותחו אמצעי תאורה מבוססי LED: Light Emitting Diode.
זו טכנולוגיה הידועה כבר משנות ה- 70 של המאה ה-20 (הומצאה בשנות ה-20) המתאימה גם לצילום סטילס וגם לוידאו, הסינרגיה שהתפתחה בין שני התחומים בשנים האחרונות מעודדת מאד את המעבר לשימוש בתאורת LED   שהופכת טובה וזולה יותר. לתאורת LED ניצולת אנרגטית גבוהה מאד של כ- 70%. עקרון הפעולה מבוסס על Electro Luminescence: פליטת אור בעקבות מעבר של זרם חזק או שדה חשמלי בחמרים מסויימים.

מבנה של LED ועקומה ספקטרלית:

led

טמפ׳ צבע של LED:

led2

מערכי LED לצילום סטילס ולוידאו:

led_lights_786

תאורת HMI

סוג תאורה זה מגיע מתחום הקולנוע: HMI: Hydrargyrum, Medium Arc Iodide. פרוש המילה   Hydrargyrum בלטינית הוא כספית. טכנולוגיה זו פותחה ע״י Osram ומבוססת על אדי כספית והלוגן בתוך שפופרת קוורץ. בניגוד לנורות טנגסטן וטנגסטן הלוגן בהן האור נפלט עקב התלהטות של חוט להט בנורות HMI האור נפלט מתערובת הגזים שבשפופרת. לתאורת  HMI טמפ׳ צבע של אור יום ועצמה חזקה ביותר דבר העושה אותה מתאימה להארת שטחים גדולים. עם זאת, מחיר הנורות גבוה מאד, אורך חייהן קצר והן רגישות למכות. בשנים האחרונות הופיעו בשוק מספר דגמים של פנסי HMI לצילום סטילס ולוידאו כאחד אולם מחיריהם עדיין גבוהים מאד ביחס לטכנולוגיות תאורה אחרות. עקרון פעולה: פריקה חשמלית.

מבנה של שפופרת HMI:

hmi

נורה ופנסי HMI:

hmi1

מבזק אלקטרוני

טכנולוגיית המבזק האלקטרוני שפותחה בשנת 1930 ע״י Edgerton כבשה בסערה את עולם הצילום והפכה לנפוצה ביותר לכל השימושים בכל הגדלים וההספקים, ממבזקים זעירים המובנים לתוך המצלמה ועד יחידות סטודיו גדולות וחזקות. טמפ׳ הצבע של אור המבזק היא כשל אור יום 5000-5500K עובדה העושה את המבזק מתאים לצילום בצבע ולשילוב אור יום עם תאורת מבזק ללא צורך במסננים. עקרון הפעולה: פריקה חשמלית.

דיון מורחב בעקרונות הפעולה, המאפיינים והישומים של מבזק אלקטרוני יסקרו בנפרד בחלק ג.

השוואה בין התכונות והמאפיינים של טכנולוגיות התאורה השונות:

light

השוואה בין טכנולוגיות התאורה השונות:

אור יום:
יתרונות: עצמה גבוהה, חופשי, ללא עלות. מגוון רחב של אפקטים, הרכב ספקטרלי אידיאלי.
חסרונות: תלות בעונות השנה, שינויים במהלך היממה, תלות במזג האויר, הרכב ספקטרלי משתנה.

טנגסטן:
יתרונות: הנורה מחוברת ישירות לרשת החשמל, נורות זולות יחסית, אין תלות בעונות השנה ובשעות היממה, מאפשר צילום בשעות החשיכה.
חסרונות: צריכת חשמל גבוהה, טמפ׳ צבע משתנה עם שינויי המתח וגיל הנורה, פליטת חום גבוהה, נצילות אנרגטית נמוכה ולכן עצמה נמוכה יחסית הגורמת לצורך בחשיפות ארוכות, דרוש WB מתאים, מהבהב.

HMI:
יתרונות: אור יציב וקבוע, טמפ׳ צבע יציבה, אין הבהוב תלוי רשת, פליטת חום נמוכה יחסית, איכות ספקטרלית של אור יום, מתאים לסטילס (סרט+דיגיטלי), וידאו וקולנוע (סרט+דיגיטלי), ניתן לשימוש במשולב עם מבזק אלקטרוני ואור שמש.
חסרונות: מחייב מערכת בקרה יקרה, אורך חיים קצר, רגישות מכנית.

מבזק אלקטרוני:
יתרונות: אור קבוע ויציב, טמפ׳ צבע איננה תלויה בעצמה, צריכת חשמל נמוכה, יעילות אנרגטית גבוהה, פליטת חום נמוכה, מאפשר זמני חשיפה קצרים מאד, ניתן להפעלה מסוללות, ניתן לשימוש יחד עם אור יום ותאורת HMI, בשימוש עם סרטי צילום איננו סובל מסטייה מחוק הגומלין.
חסרונות: דרוש ספק כח, ליחידות סטודיו דרושה תאורת כיוון (Modeling Light), יקר יחסית לרכישה, איננו מתאים לוידאו. פולט UV ו- IR.

LED:
יתרונות: אור קבוע ויציב, ניתן לשינוי לכל טמפ׳ צבע דרושה, יעילות אנרגטית גבוהה מאד, פליטת חום נמוכה מאד, אינו פולט UV ו- IR. ניתן לישום במארזים קטנים וקלים, צריכת חשמל נמוכה, מתאים להפעלה מסוללות, מתאים לשימוש בסטילס ובוידאו, ניתן לשימוש בשילוב מקורות אור אחרים באותה טמפ׳ צבע.
חסרונות: חלש יחסית, אור קשה וקשה למיקוד מאחר ונוצר ע״י ריבוי מקורות זעירים.

הסבר, מתחום הקולנוע, על היתרונות והחסרונות של תאורת LED.

ולסיום, סרטון מצויין הסוקר ומשווה בין טכנולוגיות התאורה השונות.

עדכון 16.02.16: מאמר מעניין העוסק בהשוואת העוצמה של סוגי תאורה שונים. מיועד בעיקר לעוסקים בקולנוע וטלוויזיה אולם יחכים גם צלמי סטילס.

הערות, הארות ושאלות יתקבלו בברכה!

גבי