Tecnica fotografica: Diaframma e profondità di campo

ATTENZIONE

DI QUESTO ARTICOLO E' USCITA LA VERSIONE AGGIORNATA CHE POTETE LEGGERE QUI: ISO, diaframmi, profondità di campo e tempi di esposizione - Corso di Fotografia - Lezione 20

PRIMA PARTE

Ho pensato di scrivere alcuni tutorial con le nozioni di base, per aiutare chi si accosta per la prima volta al mondo delle reflex. Il tutorial è diviso in 2 parti, la prima è quella essenziale, la seconda detta Approfondimenti contiene nozioni più complesse che è meglio ignorare finché non si avrà ben famigliarizzato con la prima parte del tutorial, ed anche in seguito potreste non sentirne mai la necessità. Se la vostra passione cresce, consiglio caldamente l'acquisto di qualche buon libro per approfondirla.


Il diaframma è un mezzo con cui possiamo regolare la quantità di luce che arriva al sensore, esso è composto da una serie di lamelle che scorrono l'una sull'altra chiudendo o aprendo un foro centrale attraverso cui passa la luce, come fa l'iride con l'occhio. Per capirci meglio facciamo un esempio idraulico: perché la foto venga bene il sensore/pellicola deve ricevere la corretta quantità di luce, immaginiamo che il sensore sia una vasca da bagno, per farsi bagno serve una certa quantità di acqua (acqua=luce) il rubinetto (=diaframma) dosa il flusso di acqua ed il tempo che impiega la vasca a riempirsi è il tempo di esposizione.



Osserviamo subito come i numeri più piccoli indicano maggiore luce, mentre i numeri più grandi indicano meno luce.

Valori tipici del diaframma sono:
f/1 – f/1,4 - f/2 – f/2,8 - f/4 – f/5,6 - f/8 - f/11 - f/16 - f/22 – f/32
naturalmente esistono anche i valori intermedi (vedi Approfondimenti).

A questo punto è necessario un altro sforzo per capire cosa é la profondità di campo o più brevemente la PDC. Il nostro occhio non ha una risoluzione infinita, ad un certo punto non riesce più a distinguere quando due punti sono semplicemente molto vicini o quando effettivamente sono un punto unico, proprio su questo fatto si basa il concetto di circolo di confusione (vedi Approfondimenti), ovvero noi vediamo come un punto unico quello che in realtà è composto da due o più punti. Se mettiamo a fuoco un soggetto posto alla distanza di 4 metri, tutto ciò che è posto a 4 metri sarà perfettamente a fuoco, mentre ciò che è più lontano (anche a 4,01m) o più vicino sarà fuori fuoco, in realtà proprio grazie all'incapacità del nostro occhio di distinguere i punti troppo vicini, la messa a fuoco non è così selettiva, abbiamo così incontrato la profondità di campo cioè la misura di quanto questa zona di nitidezza sia estesa!

Riassumendo la PDC è lo spazio che ci appare nitido davanti e dietro al nostro soggetto.
Essa dipende solo dalla focale e dal diaframma (vedi Approfondimenti).
Perché accade tutto ciò?

Più aperto è il diaframma più largo è il fascio di luce che disegna sul sensore la nostra immagine, e di conseguenza più grandi sono i punti (circoli di confusione, vedi Approfondimenti) quindi la zona nitida è più ridotta, mentre più fino è il fascio di luce, più preciso è il pennello che disegna l'immagine e quindi più estesa è la zona di nitidezza davanti e dietro il soggetto, in verità entrano in gioco altri fattori, ma in linea di massima potete ritenerlo vero (vedi Approfondimenti).
Osserviamo in queste foto come varia la PDC in funzione del diaframma impostato.

Il barattolo a fuoco è il terzo.


Focale 50mm @ f4


Focale 50mm @ f16

Questo schema approssimato mostra la profondità di campo di un 50mm al variare del diaframma con un soggetto posto a 5 metri di distanza (linea rossa), la zona blu indica la PDC, potete leggerne il valore in metri sulla scala di destra.






















In quest'altro usiamo sempre il 50mm, però il nostro soggetto è posto a 10 metri ( linea rossa), vediamo come cambia la PDC:



Notate come la PDC in alcuni casi si estenda ben oltre i 12m del mio schema, in un caso arriva ad infinito, cioè tutto quello che è dietro il soggetto apparirà a fuoco.
Nei grafici salta all'occhio come la PDC sia minore davanti al soggetto e più estesa dietro il soggetto! Da questo traiamo un importantissimo insegnamento:
La profondità di campo si estende per 1/3 davanti al soggetto e per 2/3 dietro.
Adesso che sappiamo cos'è il diaframma possiamo sfruttarlo, ricordando questa semplice regola, per staccare il soggetto dallo sfondo, è meglio usare un diaframma aperto, come in questa foto:


Diaframma f4

Mentre per avere una zona nitida il più ampia possibile e meglio usare un diaframma chiuso come in quest'altra:


Diaframma f16

Ricordando nuovamente che la zona di nitidezza si estende per 1/3 davanti al soggetto e per 2/3 dietro di esso. Osserviamo come è possibile sfruttare la PDC per aumentare la zona nitida, riprendiamo la foto dei barattoli in fila, rispetto alla prima foto abbiamo lo stesso diaframma ma tenendo conto della PDC abbiamo messo a fuoco sull'elemento posto a circa 1/3 (quindi il secondo barattolo) e non sul terzo barattolo che è invece il soggetto della foto, in questo modo abbiamo ampliato ulteriormente la zona nitida.


Focale 50mm @ f16 con messa a fuoco sul terzo barattolo


Focale 50mm @ f16 con messa a fuoco sul secondo barattolo

Osservate come nell'ultima foto come tutti i barattoli siano più leggibili, anche quello in primo piano risulta più nitido, e tutto variando il punto di messa a fuoco.
Se ci è indifferente uno sfondo sfocato o perfettamente nitido possiamo impostare un diaframma intermedio, che ci garantirà una nitidezza più elevata (vedi Approfondimenti).
Finora abbiamo visto come la PDC sia influenzata dal diaframma, adesso dobbiamo vedere cosa cambia utilizzando diverse focali! Maggiore è la focale dell'obiettivo (per ora diciamo i suoi mm) minore è la profondità di campo che avremo, viceversa a parità di diaframma con focali più corte avremo una maggiore PDC.

Questo schema approssimato dovrebbe togliervi ogni ulteriore dubbio:



La zona blu indica la profondità di campo, che si ha con quell'obiettivo impostato a f5,6 con il soggetto posto a 5 metri (linea rossa).

Osservate come il cambio di focale non solo consenta ampliare o ridurre l'inquadratura, ma anche come a parità di diaframma con un grandangolo la zona nitida sia molto più estesa che non con un teleobiettivo.

Notiamo che la PDC è una caratteristica dell'ottica/diaframma quindi anche cambiando dimensioni del sensore/pellicola essa resta invariata! Un 50mm ad f/8 avrà la stessa PDC su una reflex con sensore APS-C, su una pellicola 35mm, una 6x6cm o su un banco ottico da 10x15cm.
Concludo ricordandovi che c'è un solo piano che risulta realmente a fuoco (linea rossa nei disegni), e che la PDC rende accettabilmente a fuoco anche i soggetti vicini, però un ingrandimento più o meno marcato renderebbe evidente questo trucco, facendo notare la differenza di nitidezza tra il soggetto su cui avete messo a fuoco e quello che invece gli era attorno!

SECONDA PARTE

Questa parte dovrebbe essere letta solo dopo avere compreso e sperimentato la prima parte. Se dopo aver letto questa parte sentite un forte mal di testa o venite colti da un attacco di panico, non è colpa mia, vi avevo avvertiti! Wink


Focale equivalente e PDC del digitale
Bisogna fare una piccola premessa, ciò che distingue principalmente una focale da un'altra è l'angolo di campo, ovvero quanta fetta di mondo riesco a infilare nella mia foto, con un grandangolare riesco ad abbracciare grandi spazi, mentre con un teleobiettivo posso cogliere solo particolari, in linea di principio, potrei fotografare con un grandangolare un gruppo di amici poi ritagliare la testa di uno e farci un primo piano, ed otterrei lo stesso primo piano che avrei potuto fare usando un teleobiettivo per isolarlo dal gruppo.

Quando si dice che nel digitale la PDC è maggiore, in realtà si dice una mezza verità (o una bugia di marketing), nel digitale utilizzando un sensore più piccolo del formato pieno, si sfrutta solo la parte più centrale dell'immagine fornita dall'ottica, quindi si ottiene quella che viene chiamata focale equivalente, in realtà si effettua solo un ritaglio della parte centrale della foto, col risultato che sembra fatta con una focale più spinta (verso il tele) ma poi in stampa si deve ingrandire maggiormente per coprire lo stesso foglio di carta. Così un 50mm per il formato APS-C, darà un inquadratura pari ad un 80mm in formato pieno, però la PDC legata solo a focale e diaframma resta la stessa! Ecco perché si ha la sensazione di una maggiore PDC a parità di foto!
Posso ottenere la stessa foto a parità d'inquadratura con una PDC maggiore: quella del 50mm, invece di quella del 80mm!

Una vera pacchia per gli amanti della macro fotografia ed una vera disgrazia per gli amanti dei ritratti. Per gettare acqua sul fuoco vorrei ricordare che passando ad un formato superiore ad esempio dal full frame o 35mm o formato Leica che dir si voglia, avviene il fenomeno opposto, il 50mm che nelle digitali con formato ridotto era un piccolo teleobiettivo, e nelle fotocamere a formato pieno era un ottica normale, nel medio formato (formato 120 o 6x6) si comporta come un grandangolo, quindi il digitale non ha scoperto nuovi fenomeni ottici, ma ha solo fornito spunti agli addetti di marketing per creare false illusioni per vendere meglio.

Se vi sono restati ancora dei dubbi potete leggere questo topic:
http://www.fotografare.com/forum/viewtopic.php?t=1052

Calcolo della PDC e dell'iperfocale
Questa parte dovrebbe essere letta solo dopo avere compreso e sperimentato la prima parte.
Prima dell'invenzione dell'autofocus, ed ancora adesso nelle situazioni in cui non è possibile mettere a fuoco con precisione, si può ricorrere a questa tecnica per assicurarsi un'immagine tutta a fuoco da una certa distanza in poi. Ogni volta che scegliamo una focale ed un diaframma esiste un particolare valore della distanza di messa a fuoco, detto iperfocale grazie al quale tutto quello che si trova da metà dell'iperfocale fino all'infinito risulta a fuoco. Una volta sulle ottiche era sempre riportata la scala delle profondità di campo e vi era anche una tacca che aiutava ad impostare la distanza iperfocale in un paio di secondi, adesso (disgraziatamente) non si usa più riportala, ma fortunatamente e sempre più diffuso il tasto per vedere la PDC direttamente in ripresa, eliminando ogni calcolo relativo alla previsione della PDC, ma se volete conoscere la distanza iperfocale di una vostra ottica dovrete armarvi di penna, calcolatrice e pazienza!

Vediamo una formula approssimata, per il calcolo della PDC e dell'iperfocale
poniamo:
F = lunghezza focale dell'obiettivo in millimetri
f = valore di diaframma
c = diametro circolo di confusione, normalmente lo si considera uguale a 0.025mm
d = distanza dal soggetto
I = iperfocale
I = (F x F) / (f x c)
Punto a fuoco più vicino = (I x d) / (I + d)
Punto a fuoco più lontano = (I x d) / (I - d)
Profondità di campo = Punto a fuoco più lontano – Punto a fuoco più vicino

vediamo un esempio:
focale = 50mm
diaframma = f/8
c = 0,025mm
I = (F x F) / (f x c) = (50 x 50) / (8 x 0,025) = 12500mm = 12,5metri
quindi col 50mm ad f16 con messa a fuoco alla distanza di 12,5m risulterà tutto a fuoco da 6,25m in poi, o come si suol dire dal 6,25 metri all'infinito.

Punto a fuoco più vicino = (I x d) / (I + d) = (12,5 x 12,5)/ (12,5+12,5) = 6,25metri
Punto a fuoco più lontano = (I x d) / (I - d) = (12,5x12,5)/(12,5-12,5) = 156,25/0 = infinito

Attenzione a non confondere i mm con i metri!

Fortunatamente esistono anche programmi freeware per il calcolo della PDC, il sito della Olympus, ne mette a disposizione uno per tablet/pocket pc:

http://www.olympus.it/consumer/dslr_7246.htm

E naturalmente anche per computer:
http://www.dofmaster.com/custom.html

Non poteva mancare quello per cellulare:
http://www.curved-light.net/software/download.htm

Oltre a quelli da me indicati ne esistono moltissimi altri, basta una ricerca su internet per trovarli, molti di questi software sono creati da appassionati, usateli a vostro rischio e pericolo! sul mio pc uso dof, l'ultimo della lista, scegliete come unità di misura i metri e come risoluzione 30lines/mm.

Circolo di confusione
Al contrario di quello che pensava un mio amico, non è il club delle suocere, ma il limite di distinzione di due punti. Come avevo già anticipato, quando due punti sono posti troppo vicini vengono confusi, e se ne vede uno solo. Questo limite non è fisso e varia in funzione della focale utilizzata e del diaframma, generalmente lo si assume pari a 0,025mm, ma si tratta solo di un valore teorico determinato sul massimo potere risolvente dell'occhio, nelle migliori condizioni: distinguere 5 linee nere su fondo bianco, a 30cm di distanza. Cambiare il colore dello sfondo o delle linee fa crollare la capacità dell'occhio di distinguere i particolari, anche aumentare la distanza di osservazione fa calare vistosamente la capacità di distinguere i particolari, di conseguenza il circolo di confusione aumenta di dimensione. Adesso dovrebbe essere più chiaro perché quei 0,025mm sono solo un valore massimo teorico.

Perché i diaframmi hanno una numerazione così strana?
Perché l'intensità della luce diminuisce con il quadrato della distanza, per esempio: se ad un 1 metro vale 100lux a 2 metri ne vale 25lux, per rendere uniforme il passaggio dei parametri anche con il cambio di ottica, si è deciso di impostare il diaframma in funzione dell'obiettivo, quindi f/8 fa arrivare al sensore la stessa luce sia che ci si riferisca ad un 300mm sia che si tratti di un 17mm, quella f, indica proprio la focale, se facciamo focale/8 otteniamo l'apertura effettiva in millimetri del diaframma, per esempio con il 300mm avremo 300/8=37,5mm mentre con il 17mm avremo 17/8=2,1mm, osservate come pur essendo sempre un diaframma f/8, l'apertura effettiva sia così diversa! Passando da un valore al successivo la quantità di luce che arriva raddoppia, infatti raddoppia l'area, proprio a causa della natura della luce che si attenua così' velocemente! Ecco spiegato perché i diaframmi hanno valori così insoliti e perché sono multipli di radice quadrata di 2.
Da notare che l'apertura massima corrisponde al diametro della lente frontale dell'obiettivo, tranne che per alcuni schemi ottici particolari! per questo le ottiche più luminose sono più grandi e quindi più costose... il vetro ottico è molto costoso!

Esiste il diaframma migliore?
Perché i diaframmi più aperti si vedono peggio? La costruzione dell'ottica in particolare la lavorazione del vetro non riesce a produrre un vetro perfetto in ogni particolare, per cui la parte centrale della lente ha una qualità maggiore di quella periferica, inoltre i raggi di luce che arrivano nella zone più periferiche sono soggetti ad una maggiore deviazione con conseguente maggiore attenuazione così si nota spesso una caduta di luce ai bordi dell'immagine.
Perché i diaframmi più chiusi si vedono peggio? La luce in ottica viene normalmente tratta come un onda che rispetta precise leggi geometriche, sfortunatamente quando il foro (diaframma) da cui passa inizia ad essere troppo piccolo ci si imbatte in un particolare fenomeno d'interferenza: la diffrazione, che fa “disperdere” la luce evidenziandone la natura ondulatoria.
Proprio a causa della diffrazione il nostro raggio di luce varia notevolmente di dimensione, ad esempio considerando un obbiettivo di focale di 50mm con diaframma f2 ed f22 abbiamo che a causa della diffrazione ad f2 il nostro raggio di luce è di circa 2,7micrometri mentre ad f22 è di circa 30micrometri, si tratta di una differenza notevole, e se non fosse per limitazioni costruttive la migliore qualità sarebbe sempre data dal diaframma più aperto. Per questi numeri non vi riporto i calcoli perché esula dai fini dell'esempio, per una spiegazione più approfondita consiglio la lettura di qualche buon libro di ottica o un testo di fisica. Osserviamo come a differenza delle credenze comuni il raggio di luce che disegna la nostra immagine sia in realtà più preciso con il diaframma più aperto.
Perché i diaframmi intermedi sono migliori? Perché sfruttano la parte centrale dell'ottica che è quella lavorata con maggiore precisione e con la luce che arriva con la migliore angolazione ed i diaframmi sono ancora sufficientemente grandi per non incorrere nella diffrazione.

Posso sapere la PDC prima dello scatto?
Perché quando guardo col mirino non vedo esattamente la stessa PDC, ma tutto appare più sfocato? Le fotocamere per consentire una comoda visione tengono il diaframma alla massima apertura in modo che il mirino sia il più luminoso possibile, e chiudono il diaframma al valore deciso per la foto, solo una frazione di secondo prima dello scatto. Quindi normalmente nel mirino vediamo la PDC che avremo con il diaframma più aperto (=il numero più piccolo), alcune fotocamere hanno un tasto che permette di chiudere il diaframma al valore impostato per valutare nel mirino l'effettiva PDC prima dello scatto! Così facendo il mirino diventa più buio, ma la maggior parte delle volte è sufficientemente luminoso da permettere di capire cosa sarà realmente a fuoco e cosa no.

Posso avere tutto a fuoco?
Appena avrete iniziato a giocare con la PDC ed i diaframmi vi renderete conto che avere tutto a fuoco, è facile! basta usare diaframmi chiusi e giocare con la PDC ricordandoci che si estende per 1/3 davanti al soggetto e per 2/3 dietro, il problema è che usare diaframmi chiusi richiede molta luce, valori di ISO elevati e tempi lenti, quindi nella maggior parte delle situazioni questo non è possibile o quanto meno complica la vita costringendoci ad usare il cavalletto e tempi lenti o rinunciare alla qualità usando valori elevati di sensibilità.

Curiosità:
dato che il diaframma è formato dalla sovrapposizione di una serie di lamelle, il foro non è circolare ma ha una forma che dipende dal numero di lamelle, ad esempio se ha sei lamelle sarà esagonale; solo alla massima apertura il foro è circolare!


Buone foto
Articolo di MambASoft


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