Apertura, diafragma y el número f
Parece el título de una novela de misterio. Y en cierta forma la escala de aperturas de un diafragma puede parecer un mensaje cifrado por un espía loco.
Recuerda que el diafragma es un elemento que permite regular (reducir) la intensidad de luz que atraviesa un objetivo.
Puedes echar un vistazo al capítulo donde vimos las partes de una cámara de fotos y el funcionamiento básico de una cámara digital .
El diafragma
La mayoría de los diafragmas usados en equipo fotográfico se basan en un mecanismo formado por palas (aletas, hojas…) que se pueden abrir y cerrar manteniendo un hueco más o menos circular en el centro.
El diafragma suele estar integrado en el interior del objetivo y lo podemos controlar mediante el anillo de aperturas del objetivo (no todos los objetivos tienen este anillo) o desde la propia cámara.
Un objetivo es como una ventana que deja pasar luz al sensor.
Cuanto más grande es esa ventana (diámetro de la entrada del objetivo y diámetro del hueco del diafragma) más cantidad de luz dejará pasar.
El diafragma sería como una persiana que nos permite regular la cantidad de luz.
Nuestros ojos incluyen su propio diafragma: el iris.
Es importante entender que los objetivos no amplifican la luz ni hacen nada mágico.
Funcionan exactamente igual que una ventana. La única diferencia es que pueden ‘canalizar’ (proyectar) esa luz hacia una determinada superficie: el sensor.
Apertura de un objetivo (el número f)
La apertura nos da idea de la cantidad de luz que deja pasar un objetivo o la combinación de objetivo y diafragma (no todos los objetivos incluyen diafragma)
La apertura (en fotografía) se mide con el número f.
El número f nos habla de la relación que hay entre la distancia focal de un objetivo y su diámetro de entrada de luz (el diámetro de la pupila de entrada para ser más precisos)
¿Por qué esa relación tan extraña?
Es una forma de normalizar la capacidad que tiene un objetivo para dejar pasar la luz hacia el sensor.
Intuitivamente vemos que…
Un tubo muy largo (distancia focal grande) y muy estrecho (diámetro pequeño) dejará pasar poca luz de la escena.
Un tubo corto (distancia focal pequeña) y muy ancho (diámetro grande) dejará pasar mucha luz de la escena.
La cantidad de luz que llega al sensor depende de esos dos factores: distancia focal y diámetro del hueco de entrada. Y sería muy complicado tener en cuenta todas las combinaciones posibles.
La apertura (el número f) nos da un valor ‘universal’ normalizado, aplicable a todos los objetivos independientemente de su distancia focal, diámetro, etc.
Esto es lo más importante, con lo que tenemos que quedar en este capítulo.
Suponiendo objetivos ideales (sin pérdidas por transmisión): dos objetivos totalmente diferentes pero con la misma apertura (mismo número f) dejarán pasar la misma cantidad de luz de la escena (entendiendo aquí cantidad de luz como fotones por segundo) hacia el sensor.
En un objetivo real siempre hay algo de pérdida de luz al atravesar los elementos ópticos, pero en la práctica la diferencia es tan pequeña que el número f funciona perfectamente en la mayoría de los casos. Más abajo comento un poco cuándo es importante tener una referencia más precisa que la que proporciona el número f .
¿Apertura o abertura?
Encontrarás referencias de los dos términos.
Hay personas que usan apertura y otras que usan abertura.
A mí personalmente me gusta más ‘apertura’, porque hace referencia al hecho de abrir y cerrar. Y se parece más al término en inglés: aperture.
Mientras que ‘abertura’ me suena más al hueco en sí (un diámetro).
En fotografía, la apertura (o abertura si quieres) es un concepto que, como hemos visto, no depende sólo del hueco.
Yo suelo hablar de abertura como sinónimo del hueco interior del diafragma y apertura para referirme al concepto de apertura (número f) como relación entre distancia focal y diámetro.
Pero es una cuestión semántica. La calidad de nuestras fotos no va depender de si le llamamos abertura o apertura 🙂
Escala de aperturas (número f)
Vamos a ver de dónde salen esos números extraños de la apertura.
Recuerda que en fotografía se usa la escala de pasos de luz . Cada paso corresponde con el doble o la mitad de lo que sea que estemos midiendo: tiempo, cantidad de luz, ISO, etc.
En el caso de los objetivos, el propio objetivo y el diafragma suelen formar un hueco circular. Así que vamos a trabajar con círculos.
Pero las conclusiones serían las mismas si en lugar de círculos usáramos huecos con forma cuadrada, triangular, etc.
La cantidad de luz que consigue atravesar un hueco (p.e. del diafragma) es proporcional al área de ese hueco.
Si queremos tener el doble de luz tendremos que poner un hueco con el doble de área.
Como aprendimos de pequeños, el área de un círculo es proporcional al cuadrado del radio.
Si partimos de un hueco con un radio r1 y su área correspondiente A1…
¿Cómo tiene que ser el radio de otro hueco para que su área sea el doble de A1?
Pues si haces cuentas sale que el nuevo radio (r2) tiene que ser 1.41 (raíz de 2) veces mayor que r1.
¿Y para conseguir un hueco con el doble de área que A2?: El radio r3 tiene que ser 1.41 veces mayor que r2.
Esta relación (raíz de 2) tiene que ver con que estamos trabajando con áreas, da igual si el hueco es circular, rectangular, triangular, etc.
Construir la escala de aperturas
Ya tenemos la relación de radios (o diámetros) que nos dan la escala de pasos de luz.
Ahora vamos a aplicar la definición de número f , que relaciona el diámetro de entrada con la distancia focal.
Cuando la distancia focal y el diámetro de entrada son iguales tenemos que el número f es igual a 1.
El resto de la escala la podemos construir multiplicando por 1.41 en cada paso:
1 — primer número de la escala
1.4 = 1 x 1.41
2 = 1.4 x 1.41
2.8 = 2 x 1.41
4 = 2.8 x 1.41
….
La escala completa sería:
1 | 1.4 | 2 | 2.8 | 4 | 5.6 | 8 | 11 | 16 | 22 | 32
Fíjate que cuanto mayor es el número f menor es el hueco, menos luz llega al sensor.
El número f es inversamente proporcional al diámetro de la abertura (hueco) del diafragma.
Podemos encontrar algunos objetivos con una apertura superior a f/1 (número f menor que 1, por ejemplo f/0.95) pero no es lo habitual.
Y en el otro extremo… cuando se cierra mucho el diafragma (apertura muy pequeña, número f grande) la difracción de la luz afecta de forma negativa a la nitidez de la imagen, con lo que también es difícil encontrar objetivos normales que cierren más allá de f/32.
Pero en teoría la escala la podríamos seguir extendiendo por debajo de 1 y por encima de 32.
¿Cómo se representa el número f?
La apertura, el número f, se suele escribir o indicar de varias formas:
- f/N, por ejemplo f/2.8
Para mí es la más intuitiva y la que más me gusta, porque el número aparece en el denominador de forma explícita (dividiendo).
Al dividir por un número más grande vamos a obtener una apertura más cerrada: menos luz. - FN, por ejemplo F2.8
- 1:N, por ejemplo 1:2.8
Suele aparecer por ejemplo en la información serigrafiada en muchos objetivos
Es la que menos me gusta porque puede crear cierta confusión con otros parámetros que también se expresan como una relación o un rango
Truco para recordar la escala de aperturas
Para recordar fácilmente la escala de aperturas: sólo hace falta quedarse con dos números: el 1 y el 1.4
La escala se construye multiplicando por 2 cada número como si hubiera dos escalas diferentes, la del 1 y la del 1.4
Por ejemplo, para la del 1:
1 | __ | 2 | __ | 4 | __ | 8 | __ | 16 | __ | 32
Y para la del 1.4:
__ | 1.4 | __ |2.8 | __ | 5.6 | __ | 11 | __ | 22
Y luego generamos la escala final tomando alternativamente un número de cada una de esas secuencias:
1 > 1.4 > 2 > 2.8 > 4 > 5.6 > 8 > 11 > 16 > 22 > 32 …
Es una escala no lineal
Esto es muy importante.
Recuerda que cada salto, cada paso de la escala, significa que tendremos el doble de luz o la mitad de la luz con respecto a la configuración anterior o la que nos sirva como referencia.
Por ejemplo, imagina que tenemos el diafragma en f/5.6 y pasamos a f/2
Número de pasos: f/5.6 > f/4 > f/2.8 > f/2
Son 3 pasos de diferencia (3 saltos si lo quieres ver así) con respecto a la configuración inicial.
Por cada paso tendremos el doble de luz, por lo tanto (2 * 2 * 2 = 8) al sensor llegará 8 veces más cantidad de luz (manteniendo todos los demás parámetros iguales)
El número de pasos es el exponente de una potencia con base 2.
De la misma forma, pasar de f/4 a f/8 no significa que tendremos la mitad de luz.
Pasar de f/4 a f/8 equivale a cerrar 2 pasos de luz:
f/4 > f/5.6 > f/8
Por lo tanto, a f/8 tendremos 1/4 de la luz que teníamos a f/4 (1/4 = 1/2 * 1/2)
Esto al principio es poco intuitivo porque el cerebro está más acostumbrado a comparar cosas en escala lineal.
Pero es algo a lo que te acabarás acostumbrando.
No hace falta calcular ni hacer operaciones extrañas, la propia cámara nos ayudará. Ya lo veremos con ejemplos prácticos.
¿Qué es la pupila de entrada?
La definición del número f habla del diámetro de la pupila de entrada, vamos a intentar ver qué es eso.
En un objetivo típico el diafragma está situado en el interior y lo habitual es que tenga algún grupo óptico (conjunto de lentes) por delante y algún grupo óptico por detrás.
La pupila de entrada es el hueco del diafragma pero visto desde la parte frontal del objetivo (desde la entrada de luz).
Es decir, la pupila es la imagen del hueco del diafragma, generada por el grupo frontal de lentes.
En un objetivo que no tenga diafragma en su interior, el diámetro de entrada coincidirá con el diámetro de la lente más externa (suponiendo que no hay nada en el interior que limite el paso de luz).
Esto es simplemente a modo de curiosidad, no es algo que necesitemos para hacer fotografía en nuestro día a día.
Apertura efectiva
La definición del número f es válida para objetos situados lejos del objetivo.
En este contexto, lejos es prácticamente cualquier situación excepto cuando hacemos fotografía macro.
En fotografía macro usamos objetivos específicos o tubos de extensión para conseguir una distancia de enfoque muy pequeña (y aumentar la magnificación)
Cuando la distancia entre el objetivo y el objeto es muy pequeña, del orden de centímetros, hay que aplicar un factor de corrección.
Se suele utilizar esta aproximación:
Nefectivo = N (1 + M)
Donde:
- M es la magnificación que conseguimos
- N es el número f nominal que indica el diafragma, por ejemplo f/4
- Nefectivo es el número f que corresponde a la apertura real desde el punto de vista de la cantidad de luz que llega al sensor
En macro la magnificación habitual es 1.
Es decir, hay una relación 1:1 entre el tamaño del objeto y el tamaño de la imagen ‘óptica’ proyectada en el sensor.
Para esas condiciones, el número f efectivo sería el doble que el número f utilizado para la toma.
Por ejemplo, si estamos usando el objetivo con el diafragma en f/4, la apertura real sería equivalente a f/8 (dos pasos de luz de diferencia con respecto a lo que marca el objetivo).
¿Varía el ángulo de visión al cambiar la apertura del diafragma?
La apertura no afecta a la distancia focal ni al ángulo de visión.
Afecta a la cantidad de luz que atraviesa el objetivo.
Y afecta al desenfoque (cómo de borrosos se ven los objetos que están por delante o por detrás del plano de enfoque), ya lo veremos cuando hablemos de la profundidad de campo.
Número f vs Número T
El número f nos da una referencia de la cantidad de luz que va a atravesar el objetivo, pero estamos suponiendo un objetivo ideal en el que las lentes internas no absorben ni difunden nada de luz (transmitancia perfecta)
En el mundo real no existen ese tipo de objetivos, siempre se produce cierta pérdida de luz.
Cada objetivo tendrá una transmitancia diferente dependiendo de los materiales de las lentes, número de lentes, etc.
Por lo tanto, el número f nos da sólo una referencia aproximada (bastante próxima a la real, pero con un margen de error) basada en la geometría del objetivo.
En fotografía esto da igual.
Para un mismo objetivo, los pasos de diafragma sí corresponden con pasos de luz (saltos de doble y mitad).
Y si cambiamos de objetivo, por ejemplo imagina que cambiamos un objetivo con diafragma a f/4 por otro objetivo diferente con el diafragma también en f/4, siempre podemos ajustar un poco alguno de los parámetros de exposición para compensar.
En general las diferencias son muy pequeñas y se corrigen fácilmente.
En cine o en producciones de vídeo un poco más complejas sí hay que tenerlo en cuenta, porque ahí es muy importante mantener una exposición constante en todas las tomas de una determinada secuencia (para que luego en el montaje no haya cambios perceptibles).
Para esas situaciones se usan objetivos calibrados con la escala T (transmitancia).
Se utiliza el número T (T-stop) que a todos los efectos es igual que el número f, pero tiene en cuenta además la transmisión de la luz a través del objetivo.