Конструкция затвора и качество снимка

Павел Бояров (г. Санкт-Петербург)

Журнал Фотомагазин 7-8/1999г.

          По науке, качество объектива определяется его разрешающей способностью и способностью передавать контраст, объединяемых ЧКХ (частотно-контрастной характеристикой). Однако опыт фотографов-практиков показывает, что о рисующих, т.е. изобразительных, возможностях оптики эти критерии говорят недостаточно. Сравнивая снимки, можно заметить, что пластика изображения различна, хотя формальные показатели объективов близки. Чёткой формулировки термина "пластика" не существует, однако даже невооружённым глазом видно нечто, отличающее одну фотографию от другой (проработка теней, мелких деталей, дальних планов и т.д.). Одни снимки выглядят лучше, а другие хуже, но измерения показывают, что технические параметры объективов идентичны и, более того, в ряде случаев лучшие результаты достигаются более примитивными объективами!

          В чём же причина? Выходит, есть некий неведомый параметр, влияющий на визуальное качество изображения? Чтобы не допустить ошибки, следует отсечь действие других факторов, разделить "соучастников", как это делают во время следствия детективы.

Центральный затвор

          Как известно, экспозиция пропорциональна освещённости и выдержке: E=Ht, где Н - освещённость, t - время.

          Та же экспозиция может быть получена при переходе на более короткую выдержку при одновременном открытии диафрагмы на соответствующее число ступеней. Графически это можно представить как площадь прямоугольника, горизонтальный размер которого отображает время (t), а вертикальный - освещённость (Н). Если площади равны, равны и экспозиции (ил. 1).

          Однако кадр экспонируется не мгновенно. Если лепестки затвора пройдут свой путь туда и обратно за время, отпущенное на всю выдержку, то экспозиция составит лишь половину той, что отрабатывалась бы, если бы объектив открывался и закрывался сразу (ил. 2).

          Лепестки затвора изготавливают из стали. Их размер зависит от диаметра перекрываемого светового окна. Они легкие (особенно по сравнению с паровозом), но вместе с другими движущимися деталями затвора их масса составляет несколько граммов. Путь, который проходят лепестки, несколько больше радиуса светового потока в границах оправы объектива. Все элементы затвора материальны и обладают инерцией. В начале пути они разгоняются, в конце - тормозятся, и может произойти отскок лепестков. То же происходит и при закрытии затвора (ил. 3).

          Центральный затвор расположен вблизи диафрагмы и сам работает как диафрагма. Иными словами, даже при установке полного относительного отверстия в течение некоторого промежутка экспозиционного времени свет попадает на плёнку как бы через задиафрагмированный объектив. А это, как известно, увеличивает глубину резкости.

          Поскольку определённая часть экспозиции приходится на объектив с диафрагмой из лепестков затвора, фактически она увеличивается за счёт времени неполного открытия, не включаемого в длительность выдержки. В результате детали в тенях получают лучшую проработку.

          Таким образом, один и тот же объектив, работая с центральным затвором, даст более подробное изображение по сравнению со шторным и даже идеальным затвором (модель идеального затвора можно представить себе как мгновенное включение и выключение света). Интересно, что высокую резкость разных планов недостатком не считает почти никто.

          Порой более привлекательными по пластике воспринимаются изображения, снятые центральным затвором даже с помощью очень простых объективов. Те, кто имел счастье фотографировать старыми камерами с центральным затвором, вспоминают те аппараты с умилением, хотя их объективы состоят всего из трёх, реже -четырёх элементов. "Да, - говорят такие фотографы, - умели раньше делать оптику!"

Фокальный затвор

          Иначе работает затвор вблизи фокальной плоскости. Здесь кадр засвечивается по частям в ходе движения шторок (или ламелей). Ширина щели между ними выбирается в зависимости от скорости. При той же выдержке щель тем больше, чем быстрее её рабочее движение (ил. 4). Так, старые медленные затворы, движущиеся со скоростью около 1,1 м/с, отрабатывают 1/250 с при ширине щели в 1/4 кадра, тогда как в новых камерах эта же выдержка реализуется при полном его открытии, благодаря чему на 1/250 с становится возможным применение вспышки.

          Фокальный затвор тоже работает неидеально: его шторки могут двигаться с разными скоростями, из-за чего кадр засвечивается неравномерно, и ускорениями при разгоне/торможении (ил. 5).

          Но не это в данном случае является существенным. Важнее другое: фотограф давит на спусковую кнопку, перекашивая камеру, а в момент срабатывания спускового механизма она, освобождаясь, подскакивает обратно. Эти колебания быстро гасятся руками фотографа, которые представляют собой замечательный демпфер (ил. 6).

          Чем внезапнее события в кадре, тем сильнее фотограф толкает спуск и тем большую дестабилизацию камеры это вызывает. При этом от спускового смаза страдают детали в той части кадра, на которую приходится начало движения затвора.

          В первые годы фотографической практики мне удалось быстро освоить рефлекторную наводку на резкость, но, несмотря на это, кадры иногда получались размытыми. Особенно часто это происходило при съёмке танцев и художественной гимнастики. Света на сцене и так никогда не бывает слишком много, а чувствительность плёнок тогда была невысока. Максимальная выдержка, при которой танцор в прыжке выходил достаточно резким, - 1/250 с. В обычных условиях снимки, сделанные на 1/250 с, по резкости мало отличаются от выполненных со штатива. Но тут! Внимательно приглядевшись к своим неудачным снимкам, я заметил, что нерезкость сосредоточивалась с одной стороны кадра, тогда как с другой стороны кадра тот же объект выглядел более чётким. Особенно плохи были кадры, где нужная фаза движения заставала меня врасплох, например, когда балерина на репетиции танцевала не под оркестр, а без музыки, руководствуясь "внутренним звучанием". Трудно, не слыша мелодии и ритма, предугадать па, и поэтому поневоле давишь на спуск рывком. Так оказались смазанными голова и верхняя часть тела Наташи Макаровой (ил. 7), тогда как ноги вышли сравнительно резкими. Постепенно жизнь научила работать на спуске мягче, но и при самом деликатном нажатии одна сторона кадра всё равно проигрывает в резкости.

          Почему-то принято считать, что причиной спусковой дестабилизации является исключительно внутренняя динамика механизма фотоаппарата, а особенно - движение зеркала в SLR-камере. Однако неравномерное ухудшение качества изображения заметно и на снимках, сделанных не только зеркалками. С размытостью изображения в левой части горизонтального кадра сталкивался всякий, кому приходилось работать камерами ФЭД и Зоркий. Их владельцы неоднократно высказывали претензии к рисунку в левой части снимка. Вспомним, что в старых аппаратах, повторяющих конструкцию Лейки, начало работы затвора приходится на участок кадра со стороны правой руки, а изображение в кадре перевёрнуто, значит, под спусковую шевелёнку подпадает именно левый край картинки. Понятное дело, что испытания объективов никаких дефектов не обнаруживали.

          У Картье-Брессона есть сделанная Лейкой фотография "Очередь за золотом перед приходом Красной Армии в Шанхай" с заметно размытой левой частью. Критики объясняют это действиями полицейских, якобы разворачивавших в тот момент очередь. На самом деле здесь мы сталкиваемся с явлением спусковой дестабилизации, в чём легко убедиться, стоит только сравнить нерезкость здания и тротуара по краям кадра слева и справа. Выходит, что спусковая шевелёнка, подобно гриппу, властна над всеми и не отличает великих от сирых.

          Сравнивая негативы одного и того же сюжета, снятого камерой, удерживаемой руками в противоположных положениях (ил. 8а, б, в), можно убедиться, что резкость одних и тех же деталей меняется в зависимости от того, в какой части кадрового окна они оказались. Может быть, причину ухудшения качества с одного края снимка целесообразно искать в области эргономики?

          Отметим, что спусковая дестабилизация тем больше, чем больше глубина хода спусковой кнопки, чем сильнее сопротивление кнопки, чем с большим энтузиазмом мы на неё давим.

          Касается ли всё сказанное новых затворов, ламели которых движутся поперёк кадра со скоростью, обеспечивающей полное его открытие на выдержке, скажем, 1/250 с? Было высказано мнение, что вышеприведённые рассуждения справедливы лишь в отношении старых затворов со скоростью шторок чуть больше 1 м/с. Ну что ж, логично предположить, что с возрастанием скорости влияние спусковой дестабилизации уменьшается.

          С целью установить истину был предпринят трудоёмкий эксперимент, в ходе которого фотографировался тест-объект, содержащий штриховые миры. При расшифровке негативов под микроскопом сравнивалась резкость изображения с противоположных сторон кадра, в зонах начала и конца движения шторок затвора. Чтобы стало понятно, как проходили испытания, стоит рассказать об этом подробнее. Многообразие съёмочных ситуаций удалось обобщить в нескольких "этюдах", смоделированных с помощью стендов-имитаторов. Содержание самого простого этюда № 1 сводилось к ожиданию вылета "птички", притом что все манипуляции, связанные с настройкой резкости, выбором экспозиционных параметров и кадрированием, осуществлялись заранее. Любой фотограф стремится нажать на кнопку быстрее, и эта соревновательная потребность дала богатый практический материал, тем более важный, что спуск присутствует и во всех других съёмочных ситуациях (этюдах), где его влияние труднее учесть из-за наслоения других оперативных действий, связанных с формообразованием кадра.

         К участию в тестовых съёмках привлекались квалифицированные фотографы. Эксперимент осуществлялся сериями, по 12 "вылетов птички", в течение которых фотографу удавалось сохранять внимание. Кадрирование в течение этих 12 циклов оставалось постоянным, хотя в ходе исследований применялись различные способы удержания камеры как в вертикальном, так и горизонтальном положении. Были проанализированы тысячи негативов, и полученный материал позволил сделать выводы касательно всего спектра проблем по оптимизации эргономики фотокамер, приёмов работы и оперативности съёмки.

          Представление о характере результатов даёт приведённый в качестве примера график расшифровки двух плёнок (ил. 9), снятых разными камерами, в одной из которых ламельный затвор совершал рабочее движение сверху вниз, а в другой - снизу вверх, обеспечивая полное открытие кадра на выдержке 1/250 с. Чем больше разность разрешения на участках кадра в зонах начала и конца цикла затвора, тем выше столбик гистограммы. Если рисунок лучше в верхней части снимка, столбик направлен вверх от оси X, если наоборот - свешивается сталактитом вниз.

          Видно, что на снимках, полученных одной камерой, лучше проработана верхняя часть "сюжета", а у другой, наоборот, детали у самой "земли". Эксперимент подтвердил: спусковая шевелёнка имеет место также и при эксплуатации новых камер с затворами, ламели которых развивают скорость 6 м/с, двигаясь поперёк кадрового окна.

          Непостоянство спусковой дестабилизации свидетельствует, что главной её причиной является эргономический, а не технический фактор.

          Этот вывод следует из разброса величин, характеризующих спусковую шевелёнку. Если бы причины разницы разрешения носили техногенный характер, эта величина была бы постоянной, а не менялась от кадра к кадру. Именно это ошеломляющее непостоянство свидетельствует о важности оптимизации приёмов удержания камеры и о необходимости обучения профессиональным навыкам, ведь причина кроется в запаздывании реакции левой руки.

          Два десятка лет назад фирмой Nikon широко пропагандировалась идея о снижении спускового смаза за счёт оттягивания времени срабатывания затвора. В рекламных проспектах сообщалось, что в новых камерах специальная пауза между нажатием на спуск и отработкой выдержки даёт возможность угаснуть колебаниям от вскидывания зеркала. Независимо проведённые измерения показали, что этот промежуток времени приближается к 0,1 с. Однако один из вышеприведённых графиков (с преобладанием спусковой шевелёнки в верхней части картинки) иллюстрирует как раз съёмку камерой фирмы Nikon, в которую внедрена такая задержка. Нельзя сказать, что смаз изображения тут меньше, чем в случае использования камеры без оттяжки времени. Почему? Причина в том, что фотограф нажимает на спуск до тех пор, пока не почувствует спускового срыва. Если срабатывание затвора задерживается, палец инстинктивно давит на кнопку сильнее, и камера дестабилизируется ещё больше. Чем длительней задержка, тем больше усилие на спуске и тем больше перекашивается камера под влиянием этого усилия. Соответственно возрастает и время, необходимое для стабилизации. По-видимому, сотрудники фирмы знают об этом, поэтому информация о задержке срабатывания затворов камер Nikon стала практически недоступна.

         Понятное дело, снять такой камерой нужную фазу движения "в шаг", "в мах крыла" невозможно. Уже выросли целые поколения фотографов, не представляющие, что прежними механическими моделями камер той же фирмы удавалось сознательно фиксировать нюансы быстрого действия, недоступные даже киносъёмке -лучшие фазы движения попадают, как правило, между кадрами киноплёнки. (Действительно, не всё так просто. См. статью А. Носенко "Спортивная съёмка неавтофокусными камерами", ФМ № 7-8'98. - Прим. ред.) Результат съёмки спортивных соревнований, балета, фотографирования животных всё чаще становится зависим от случайных попаданий при работе с моторным приводом.

          В чём же истинная причина увеличения времени от нажатия на спуск до срабатывания затвора? По-видимому, она кроется в том, что при современном уровне автоматизации сокращение этой задержки становится всё проблематичнее. Огромные лепестки прыгающей диафрагмы современных светосильных объективов, длинные толкатели, индуктивность электромеханических связей и т.п. -они и не могут срабатывать быстро. Борьба за уменьшение паузы между нажатием на спуск и открытием затвора вызывает рост энергопотребления и удорожает аппаратуру, но выглядит консервативно, тогда как дальнейшее развитие автоматизации может быть представлено как свидетельство авангардного развития. (Интересно было бы в этом смысле изучить взаимодействие камеры Canon EOS-1 N RS с новейшими объективами, оснащёнными стабилизатором изображения. - Прим. ред.) К тому же задержка срабатывания затвора теперь "тонет" в других задержках, связанных с автофокусировкой, перемоткой плёнки, подзарядкой встроенной импульсной лампы и пр., без чего развращённому чрезмерным комфортом современному пользователю фотографирование кажется немыслимо трудным делом.

Выводы

          Прежде всего следует признать, что поиск неведомого оптического параметра, который предположительно должен был бы нести ответственность за пластику изображения, результатов не принёс (строго говоря, это ещё не доказывает его отсутствие).

          Это обстоятельство само по себе, может быть, и не заслуживало бы внимания читателя, если бы не главный вывод: качество изображения зависит от конструкции фотографического затвора.

Итак:

• При использовании центрального затвора изображение выигрывает в проработке тёмных деталей при одновременном увеличении глубины резкости. При съёмке с центральным затвором на коротких выдержках, когда время работы затвора соизмеримо со временем открытия и закрытия лепестков, на качество изображения влияет изменение апертуры (т.е. фактического значения диафрагмы. - Прим. ред.), тождественное по сути своей диафрагмированию. Чем короче выдержка, тем значительнее это влияние.

• При съёмке с рук камерами, оснащёнными фокальным затвором, происходит односторонний смаз изображения, избежать которого в пределах выдержек от 1/40 до 1/200 с почти никогда не удаётся. На выдержках от 1/60 до 1/125 с кадр смазывается с того края, откуда начинается рабочее движение затвора.

При выдержках 1/250 с и короче процент смазанных кадров невелик, и при умелой работе качество изображения приближается к совершенству. Выдержка 1/30 с и длиннее равномерно "размазывает" дестабилизацию по всему кадру.

Оба эти вывода больно бьют по сложившимся стереотипам понятий, поэтому прежде, чем переходить к последующему, рекомендуется перечитать два предшествующих пункта и перевести дух: дальше будет ещё хуже.

• Главной из причин спусковой шевелёнки является эргономический фактор, а не влияние внутренней динамики механизмов: затвора, зеркала, прыгающей диафрагмы и т.д.

Тут читателю стоит взять ещё один тайм-аут. "Крутой реализм" этого вывода, по-видимому, стал причиной того, что у автора в своё время с удивительным постоянством пропадали материалы исследования. Причём пропадали, уже будучи сданными для ознакомления высокому начальству. Исчезли, в частности, иллюстрации, снятые камерами Nikon. Всё, что хоть как-то бросало тень на изделия этой фирмы, пресекалось почти так же, как и попытки "очернить" деятельность отечественной фотоотрасли, глубоко запрятанной в недра оборонпрома. Остросюжетная интрига этой научной работы развивалась отнюдь не скучно.

• Увеличение задержки срабатывания (от момента нажатия на спуск до открытия затвора) не уменьшает спусковой смаз, вопреки ожиданиям. Так как лёгкое надавливание не приводит к срабатыванию затвора, палец инстинктивно жмёт на камеру сильнее, из-за чего она в большей степени дестабилизируется и для её демпфирования требуется больше времени.

Фундаментальность причин не даёт основания полагать, что приведённые выводы могут устареть, и это подтверждает практика эксплуатации новейших моделей.

• Оптимальное направление рабочего движения фокального затвора - то, при котором спусковая шевелёнка на снимке менее заметна. Если фотографируется группа людей, то размытость шнурков на ботинках не столь бросается в глаза, нежели смаз их лиц. Следовательно, для работы горизонтальным кадром лучше выбрать камеру, в которой ламельный затвор открывается сверху вниз.

При вертикальном кадрировании камеру со шторным затвором, работающим в ту же сторону, что и у прежних Леек, по той же причине желательно держать в положении, когда правая рука оказывается сверху .

Что касается преобладания информационной значимости левой части кадра над правой, то, применительно к шторным затворам традиционного "барнаковского" типа, нужно смириться с тем, что страдает от спусковой шевелёнки именно левая сторона.

В последние десятилетия появилось немало моделей фотокамер, в которых плёнка сначала перематывается из кассеты на приёмную катушку, а затем кадр идёт обратно в кассету (например, Canon EOS 500/500N, Samsung SR 4000. - Прим. ред.). Если же используется шторный затвор, движущийся вдоль длинной стороны, то его рабочий ход осуществляется наоборот (слева направо), благодаря чему шевелёнка портит не левую, а правую часть картинки, что визуально предпочтительнее.

• При дестабилизации камеры с центральным затвором шевелёнка распределяется по всему кадру равномерно, независимо от того, в какой момент дёрнулся фотоаппарат.

• Щелчок затвора мы привыкли рассматривать как помеху, демаскирующую фотографа и отвлекающую фотографируемых - людей или животных, что провоцирует их на нежелательную реакцию вплоть до нападения. Однако именно бесшумность цифровых камер, не имеющих затвора, чем дальше, тем с большей очевидностью будет осознаваться как недостаток. Отсутствие сигнала (тактильного - срыв спускового устройства, звукового - щелчок и визуального - моргание зеркала), лишающего нас необходимой информации, побуждает давить на кнопку с возрастающей силой. Неопределённость относительно фиксации кадра создаёт новые проблемы, преодолеть которые нам ещё предстоит.

Благодарим редакцию журнала Фотомагазин за любезно предоставленный материал

У Агентство Профессиональной Фотографии    
E-mail: app@aha.ru