HIỂU VỀ ÁNH SÁNG QUA CÁC CON SỐ

Để chiếu sáng trong 5 phút, một đèn cần phát ra bao nhiêu photon? Phil Rhodes chia sẻ về mối quan hệ toán học phức tạp của các cấp độ ánh sáng tuyệt đối tính bằng đơn vị lux với việc set up ánh sáng trong nhiếp ảnh và điện ảnh.

Ánh sáng là thứ mà nhân loại đã học được cách đo lường khá tốt. Nó đến trong một khối nhỏ (đó là nguồn gốc của thuật ngữ “lượng tử”) và chúng ta có thể tính toán có bao nhiêu khối trong những tình huống thông thường. Với các mục đích thực tiễn, nó khá vướng víu – số lượng photon phát ra từ các đèn chuyên dụng trong làm phim là rất lớn, và chúng ta sẽ không mấy thích thú với chúng. Tuy nhiên, tia hồng ngoại và tia cực tím vẫn là các photon nhưng chúng không ảnh hưởng đến độ phơi sáng khi chúng ta sử dụng các máy quay được thiết kế theo kiểu bắt chước mắt người. Mọi thứ phức tạp hơn khi kết hợp các thiết đặt trên máy quay, có thể ảnh hưởng đến độ nhạy, tốc độ màn trập, f-stop, và tất nhiên, ý định quay – chụp.

Các loại đồng hồ đo sáng như Sekonic L398 thường dùng đơn vị footcandle (Một đơn vị chiếu sáng (bây giờ ít được sử dụng) tương đương với giá trị của một candela ở khoảng cách một foot (tương đương với một lumen trên mỗi foot vuông hoặc 10.764 lux). Để chuyển sang đơn vị lux, bạn cần nhân với 10.7639 (hoặc 10.8 nếu bạn muốn làm tròn)

Đó là lý do tại sao chúng ta dùng đơn vị đo chuẩn là lux khi chúng ta đánh giá ánh sáng. Lux (và footcandles, đây không phải là đơn vị tiêu chuẩn và nó ít hơn một chút so với 0.1 lux) là đơn vị để đo độ sáng. Từ khóa ở đây là “sáng” – chúng ta không nhìn thấy được sóng radio và vì vậy nó không sáng, cũng không phải là hồng ngoại hay cực tím. Tính phát quang liên quan đến độ nhạy cảm của mắt người, và vì cảm biến của camera cũng được xây dựng trên nguyên tắc này, nên sự tác động của ánh sáng lên máy quay cũng tương tự như vậy. Lux là một giá trị tuyệt đối và có liên quan đến giá trị phơi sáng, và do đó ảnh hưởng đến việc thiết đặt các thông số như độ nhạy ISO, tốc độ màn trập và khẩu độ. Thông thường, cách đơn giản nhất là dùng bảng để làm việc này, nhưng chúng tôi sẽ đề cập đầy đủ đến các tính toán ở đây. Nếu điều này không gây hứng thú cho bạn, bạn chỉ cần bỏ qua nó, chúng tôi sẽ giải quyết nhanh chóng và chuyển từ phần lux sang phần thiết đặt máy quay, hoặc chỉ sử dụng một công cụ tính toán trực tuyến.

Mỗi một đơn vị khẩu độ tăng lên sẽ làm tăng gấp đôi lượng ánh sáng, giảm giá trị phơi sáng xuống 1

Giá trị phơi sáng và F-stops

Giá trị phơi sáng tự thân nó là khá dễ hiểu đối với các nhiếp ảnh gia, vì chúng hoạt động theo cùng một cơ chế như F-Stops và tốc độ màn trập, tăng gấp đôi lượng ánh sáng mỗi khi chúng ta giảm EV xuống 1 đơn vị. Hầu hết mọi người đều hiểu mức độ phơi sáng khi đặt tốc độ màn trập là 1/48s và khẩu độ f/4 – một giá trị thiết đặt thường được dùng trong làm phim – cho lượng ánh sáng đi vào nhiều gấp đôi so với khi để tốc độ màn trập ở mức 1/48s và khẩu độ 1/5.6. Ngược lại, nếu chúng ta tăng một stop và tăng gấp đôi tốc độ màn trập, so sánh giữa 1/48s ở f/5.6 với 1/86s ở f/4 – lượng ánh sáng đi vào là tương đương nhau. Tuy vậy, hình ảnh sẽ không giống nhau tuyệt đối, người ta thường chọn giảm góc màn trập và cùng với đó là giảm độ sâu trường ảnh, nhưng độ phơi sáng sẽ không thay đổi, về cơ bản, sẽ giống nhau. Như vậy, giá trị phơi sáng sẽ như thế nào.

Giá trị phơi sáng bằng 0 tương ứng với phơi sáng ở một giây tại f/1, một tình huống bất thường (dù không hẳn là không thể xảy ra). Do đó, EV -1 tương ứng với việc phơi sáng 2 giây ở f/1, hoặc, có lẽ để thực tế hơn, là phới sáng 4 giây ở f/1.4, điều này có thể thực hiện được khi bạn dùng các ống kính prime cao cấp. Về mặt toán học, EV của một thiết lập máy quay là logarit nhị phân của khẩu độ bình phương chia cho thời gian mở trập. Một điểm đáng kinh ngạc là “logarit nhị phân”, được ghi là log2 vì các số nhị phân là base 2. Điều này dễ hiểu hơn log2(n), nó là sức mạnh khi chúng ta phải tăng số 2 để có được n. Ví dụ, nếu n là 16, logarit nhị phân là 4, vì hai nhân hai là bốn, hoặc 2x2x2x2 = 16. Mối quan hệ của nó để phơi sáng, nơi mọi thứ là một nửa hoặc gấp đôi tại mỗi đơn vị f-stop hoặc bước vào tốc độ màn trập, là thuộc về bản năng.

Phơi sáng đúng cách trong quay phim kỹ thuật số thường phụ thuộc nhiều vào các lookup table (Bảng tìm kiếm – LUT – thực chất là một phương pháp đơn giản được sử dụng để chuyển đổi các giá trị đầu vào RGB sang các giá trị đầu ra RGB khác nhau) và những thiết đặt khác trên máy quay, và cần được đánh giá bằng một màn hình waveform.

Trong thực tế, việc tìm ra giá trị khẩu độ bình phương chia cho thời gian mở trập là tương đối đơn giản. Ví dụ, tại f/2 và 1/48s, khẩu độ bình phương là 4, và thời gian mở trập là 1/48 – khoảng 0.0208. Có những giá trị này, chúng tôi lấy 4/0.0208=192. Để lấy logarit nhị phân của 192, chúng ta cần dùng đến máy tính, nó khoảng 7.58.

Một mẹo nhỏ: Nhiều máy tính sẽ không thể tính được logarit nhị phân một cách trực tiếp, nhưng logarit tự nhiên của một số chia cho logarit tự nhiên của 2 thì tương đương với logarit nhị phân của số đó.

Bởi vì các con số trong nhiếp ảnh thường được làm tròn hoặc điều chỉnh, không phải lúc nào cũng quá chính xác, ngay cả khi chúng ta làm việc với các tốc độ màn trập cố định. Với 1/60 ở f/2, chúng ta sẽ có phép tính log2(22÷(1/60)). Sự kết hợp này sẽ cho ra kết quả EV 8 ở hầu hết các biểu đồ. Trong thực tế, nó nằm ở khoảng 7.907. Điều này xảy ra là do tốc độ màn trập không thực sự là một chuỗi hoàn hảo. Thông thường, máy quay có tốc độ màn trập là 1s, 1/2s, 1/4s, 1/8s… nhưng sau đó nó nhảy tới 1/15s, dù rằng về lý thuyết nó nên là 1/16 nếu chúng ta mong đợi việc giảm một nửa ánh sáng cho mỗi bước. Tốc độ màn trập gần nhất là 1/60, dù đáng ra nó nên là 1/64. Nếu ở mức tốc độ màn trập 1/64, chúng ta thấy khẩu độ bình phương chia cho tốc độ màn trập sẽ là 4÷(1/64) = 256. Bằng cách dùng máy tính, ta biết được logarit nhị phân của 256 chính xác là bằng 8. Vì 28 = 256.

Sekonic C-700R, và hầu hết các đồng hồ đo sáng khác, có thể cho phép đo ánh sáng thô với thang đo lux một cách chính xác.

Độ nhạy của cảm biến

Để tính ra lượng ánh sáng cần thiết để phơi sáng một cách chính xác tại một EV nhất định, chúng ta cần biết thêm một điều nữa: độ nhạy của phim nhựa hoặc cảm biến. Mối quan hệ giữa giá trị phơi sáng và mức độ ánh sáng thô đo bằng thang đo lux thường được đưa ra với giả định ISO 100, độ nhạy sáng thấp nhất đối với các phim nhựa và máy quay hiện đại. Đối với độ phơi sáng hợp lý ở mức ISO 100 và tốc độ màn trập và khẩu độ cho ra EV bằng 8, cần khoảng 640 lux. Điều này cũng phụ thuộc nhiều vào cái gọi là “độ phơi sáng hợp lý” là như thế nào và các tính toán sử dụng một số liệu đo đạc cố định, được gọi là C cho ánh sáng ngoài ý muốn, được xác định hoàn toàn bằng thực nghiệm bằng cách cho nhiều người nhìn vào các bức hình và xem xét bức nào được phơi sáng chính xác. C thường nằm trong khoảng 330, và giá trị phơi sáng có thể được xác định chính xác ở một mức ISO nhất định có thể tính toán được: Đó là logarit nhị phân của 2 của độ sáng đo bằng lux nhân với ISO, chia cho C. Vì vậy, nếu chúng ta đo được ánh sáng ở 1000 Lux và chúng ta đang quay ở ISO 100, giá trị phơi sáng là logarit nhị phân của 1000×100/330, hay khoảng 303, cho một EV bằng 8.2. Các máy tính trực tuyến (và trong thực tế là các đồng hô đo sáng cũng vậy) sẽ cho kết quả gần bằng, tùy thuộc trên giá trị của C mà chúng thích.

Giá trị phơi sáng của một thiết đặt trên máy quay là logarit nhị phân của bình phương khẩu độ chia cho thời gian mở trập tính bằng giây. Đối với 1/48s ở f/2.8, chúng ta có thể tính như sau: log2(2.82÷(1/48)) = 8.56

2.8 x2 ÷ (1 ÷ 48) = ln ÷ 2 ln = 8.56

Để đạt được độ phơi sáng chính xác tại một độ sáng nhất định, yêu cầu giá trị phơi sáng là logarit nhị phân của độ sáng tính bằng lux nhân với ISO chia cho 330. Đối với ánh sáng được đo ở 1000 lux và mức ISO 100, công thức tính là log2(1000×100÷330) = 8.2

1000 × 100 ÷ 330 = ln / 2 ln = 8.24

Do đó, 1000 lux chỉ dưới 1/3 của một stop overexposed ở f/2.8 và 1/48s ở mức ISO 100.

Đây là lý dó hầu hết mọi người đều mang theo sách về dữ liệu hình ảnh với các biểu đồ cho công cụ này, và tại sao chúng ta không nhớ cách đo bằng lux khi đánh giá ánh sáng – nó dễ hơn việc đưa ra các con số cho mọi thiết đặt trên máy quay.

Nguồn: Pixel Factory

Pixel Factory sưu tầm và biên dịch