دیافراگم (Diaphragm) یکی از اجزای دوربین است که در داخل استوانه لنز قرار گرفته است. دیافراگم شبیه به پرده ای است که در وسط آن روزنه ای وجود دارد که به آن روزنه دیافراگم (Aperture) گفته می شود.
با تغییر اندازه روزنه دیافراگم، مقدار نور ورودی به داخل محفظه دوربین کنترل می شود بطوریکه هر چه روزنه دیافراگم بزرگتر باشد، نور بیشتری وارد دوربین می شود و هر چه این روزنه کوچکتر باشد، مقدار نور ورودی به دوربین کمتر خواهد بود.
نمایش اجزای یک نمونه دوربین دیجیتال که در مقطع نمایش داده شده می توانید موقعیت قرارگیری دیافراگم را در داخل لنز مشاهده کنید.
در برخی دوربین ها همچون دوربین تلفن های همراه، اندازه روزنه دیافراگم ثابت است ولی در اکثر دوربین های عکاسی اندازه روزنه دیافراگم قابل تغییر می باشد.
روزنه دیافراگم قابلیت کوچک شدن و بزرگ شدن دارد و با تغییر اندازه آن، میزان نور ورودی به داخل دوربین تنظیم می شود.
با تغییر اندازه روزنه دیافراگم ، مقدار نور ورودی به دوربین عکاسی تغییر می کند.
اعداد روزنه دیافراگم
اندازه روزنه دیافراگم در دوربین های عکاسی قابل تنظیم است. اندازه های مختلف روزنه دیافراگم با اعداد مشخصی نمایش داده می شود و هر عدد نشان دهنده اندازه خاصی از بزرگی روزنه دیافراگم است که مقدار نور مشخصی را از خود عبور می دهد.
برای هر اندازه از بزرگی یا کوچکی روزنه دیافراگم یک عدد استاندارد تعریف شده است که این عدد در همه دوربین ها معادل هم می باشند و به آن عدد f یا عدد دیافراگم می گویند و به صورت حرف لاتین f بر روی یک عدد صحیح نمایش داده می شود. مثلا f/16 و یا f/5.6
اما در محاوره هنگام گفتن اندازه دیافراگم مثلا عدد f/16 به اختصار گفته می شود: روزنه دیافراگم با عدد f/16 و گاهی اوقات هم حرف f گفته نمی شود و فقط عدد ذکر می گردد مثلا گفته می شود اندازه دیافراگم 16 است.
اعداد مشخصی که برای هر اندازه از روزنه دیافراگم تعریف شده است بر روی همه دوربین ها ثابت اند. این اعداد به ترتیب عبارتند از:
1.4 2 2.8 4 5.6 8 11 16 22 32
البته در برخی لنزها اعداد کمتر از 1.4 و یا بیشتر از 32 نیز ممکن است برای روزنه دیافراگم وجود داشته باشد. همانطور که قبلا شرح داده شد، هر عدد در واقع معادل مخرج کسری است که نشان دهنده شماره آن اندازه از روزنه دیافراگم می باشد، یعنی مثلا 2.8 به معنی این است که اندازه روزنه دیافراگم f/2.8 می باشد.
هرچه عدد بزرگتر باشد، یعنی اندازه روزنه دیافراگم کوچکتر است و بر عکس عدد کوچکتر نشانه روزنه دیافراگم بزرگتر است.
برای هر اندازه از بزرگی یا کوچکی روزنه دیافراگم یک عدد استاندارد تعریف شده است که این عدد در همه دوربین ها معادل هم می باشند و به یک میزان نور عبور می دهند.
اندازه های مختلف روزنه دیافراگم که نسبت به هم یک گام (استاپ) فاصله دارند.
تعریف گام (Stop) در روزنه دیافراگم
همانطور که در بخش اول این مطلب در مقاله "اصول پایه نوردهی در عکاسی: بخش 1 –مثلث نوردهی" توضیح داده شد، به دوبرابر شدن یا نصف شدن مقدار نوری که برای نوردهی بکار می رود، یک گام یا توقف (Stop) گویند.
برای روزنه دیافراگم نیز، به فاصله بین هر دو عدد پشت سر هم یک گام یا f-Stop گفته می شود، بطوریکه تغییر یک f-Stop در اندازه روزنه دیافراگم، معادل یک گام (Stop) تغییر در میزان نوردهی خواهد بود. به همین علت به جای استفاده از کلمه f-Stop برای روزنه دیافراگم، گاهی کلمه Stop نیز به عنوان معادل آن بکار می رود.
با تغییر اندازه روزنه دیافراگم، عدد f تغییر می کند. با تغییر هر عدد به عدد بالاتر (یعنی یک گام)، روزنه دیافراگم کوچکتر شده و نور ورودی به داخل دوربین نصف می شود و برعکس، با تغییر عدد f به عدد کوچکتر، روزنه دیافراگم به اندازه یک گام بزرگتر شده و نور ورودی به داخل دوربین دو برابر می شود.
پس در نتیجه با تغییر یک گام (f-Stop)، مقدار نوری که از روزنه دیافراگم عبور می کند نسبت به اندازه بعدی یا قبلی، دو برابر یا نصف می شود. مثلا روزنه دیافراگم f/4 نصف نوری که از روزنه دیافراگم f/2.8 می گذرد را عبور می دهد.
با تغییر یک گام (f-Stop) مقدار نوری که از روزنه دیافراگم عبور می کند دو برابر یا نصف می شود.
به یک مثال دیگر توجه کنید:
اگر عدد f را از 11 به 16 (یک گام) تغییر دهیم، میزان نوری که از دیافراگم می گذرد نصف اندازه نوری است که با عدد دیافراگم 11 عبور می کرد.
حالا برعکس، اگر عدد f را از 11 به یک شماره پایین تر ببریم (عدد 8)، یعنی یک گام کمتر، پس روزنه دیافراگم بزرگتر شده و نور ورودی به دوربین دو برابر می شود.
حالا اگر یک شماره دیگر نیز از عدد f کم کنیم (عدد 5.6) نور ورودی به دوربین، باز هم دو برابر می شود، به عبارت دیگر با تغییر عدد f از 11 به 5.6 دو گام روزنه دیافراگم را باز کرده ایم که در هر گام میزان نور ورودی دوبرابر شده است، پس در f/5.6 نسبت به f/11 ، مقدار نور ورودی چهار برابر می شود.
توجه داشته باشید که عدد دیافراگم با اندازه روزنه دیافراگم نسبت عکس دارد. یعنی عدد بزرگتر به معنی روزنه کوچکتر و ورود نور کمتر است.
اگر به اعداد دیافراگم دقت کنید، با دو برابر شدن عدد f به میزان دو استاپ در نور ورودی تغییر ایجاد می شود. یعنی با دوبرابر شدن عدد دیافراگم، نور ورودی چهار برابر کم می شود. مثلا وقتی از f/4 ابتدا به f/5.6 و سپس به f/8 می رویم، یعنی از f/4 تا f/8 ، اندازه روزنه دیافراگم نصف شده است ولی نور ورودی یک چهارم قبل می باشد (یعنی به اندازه دو گام). علت این موضوع قانون عکس مجذور (Inverse Square Law) در فیزیک است که در خصوص رفتار نور صدق می کند. البته کسانی که به مباحث فیزیک و ریاضی علاقه دارند می توانند برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه به مباحث تخصصی مربوطه مراجعه نمایند.
با دو برابر شدن عدد f ، در نور ورودی به میزان دو استاپ تغییر ایجاد می شود.
از فواید مهم بکارگیری اصطلاح گام (Stop) در تنظیم نوردهی این است که به عنوان یک واحد برای اندازه گیری و تنظیم نور ورودی در هر سه عامل موثر بر نوردهی (روزنه دیافراگم، سرعت شاتر و ISO) استفاده شده و به عنوان یک زبان مشترک بکار می رود. بطوریکه مثلا با تغییر یک گام در اندازه روزنه دیافراگم برای کم شدن نور ورودی، می توان با تغییر یک گام در سرعت شاتر و یا در اندازه ISO ، مجددا همان میزان نور ورودی را افزایش داد. در ادامه مطلب بیشتر به این موضوع خواهیم پرداخت.
نکته:
عدد f برای هر لنز بر اساس فرمولی محاسبه می شود که از تقسیم فاصله کانونی لنز (Focal Length) به قطری از لنز که در اندازه مشخصی از بازشدگی روزنه دیافراگم مورد استفاده قرار می گیرد (قطر موثر روزنه دیافراگم)، بدست می آید.
البته برای یادگیری اعداد روزنه دیافراگم (Aperture) نیازی نیست که این فرمول را به یاد داشته باشید زیرا اعداد f و فاصله گام های بین آنها در همه لنزها استاندارد است و در تنظیم نوردهی، از قواعد یکسانی پیروی می کند.
فرمول محاسبه عدد روزنه دیافراگم (عدد f)
نحوه تاثیر دیافراگم بر روی نوردهی تصویر
اگر بخواهیم یک مقدار نور ثابت وارد محفظه دوربین شود مثلا با یک روزنه دیافراگم و یک سرعت شاتر مشخص، اگر روزنه دیافراگم را یک گام (f-stop) باز تر کنیم، به این معنی است که نور ورودی را دو برابر کرده ایم، پس لازم است سرعت شاتر را نصف کنیم تا با کاهش زمان ورود نور به داخل دوربین، اثر افزایش نور ناشی از بازتر شدن روزنه دیافراگم جبران شود و در نتیجه همان میزان نور قبلی تامین گردد.
دقت کنید که هر چه عدد دیافراگم بزرگتر شود اندازه قطر روزنه آن کوچکتر می شود و میزان نور ورودی کمتر می گردد. پس برای جبران آن باید سرعت شاتر را کمتر کنیم تا اجازه دهد نور در زمان بیشتری وارد دوربین شود تا همان میزان نور قبلی را داشته باشیم.
برای توضیح بیشتر به این مثال توجه فرمایید (تصویر زیر):
گر مقدار ثابتی از نور را معادل یک سطل پر از آب در نظر بگیریم، برای پر کردن سطل، هر چه شیر آب را بیشتر باز کنیم تا آب بیشتری در لحظه جاری شود (شبیه باز کردن دیافراگم)، سطل زودتر پر می شود. از طرفی اگر شیر آب را مقداری ببندیم (شبیه بستن دیافراگم)، تا آنجا که آب کمی از شیر جریان یابد، لازم است که مدت زمان بیشتری شیر باز باشد (شبیه به کم کردن سرعت شاتر دوربین) تا سطل کاملا پر شود.
مقایسه شباهت عملکرد روزنه دیافراگم و سرعت شاتر با پر کردن سطل از شیر آب
اگر سرعت شاتر دوربین را ثابت نگه داریم ، با تغییر در اندازه روزنه دیافراگم، میزان نوری که وارد دوربین می شود تغییر خواهد کرد. بنابراین با کاهش اندازه روزنه دیافراگم ( افزایش عدد f )، تصویر تاریک تر خواهد شد.
در سرعت شاتر ثابت با افزایش عدد روزنه دیافراگم تصویر تاریک تر می شود.
حداقل و حداکثر اندازه بزرگی روزنه دیافراگم در لنز های مختلف متفاوت است. عموما حداکثر اندازه روزنه دیافراگم یا عدد اف (f-number) بر روی بدنه لنزها حک شده است.
مثلا لنزی که عدد f آن بر روی بدنه به صورت 1:2.8 حک شده است نسبت به لنزی که عدد f آن 1:4 می باشد دارای حداکثر اندازه روزنه دیافراگم بزرگتری است. در لنز دوم روزنه دیافراگم حداکثر به اندازه f/4 باز می شود ولی در لنز اول روزنه دیافراگم می تواند تا اندازه f/2.8 بزرگ شود. در نتیجه لنز اول قابلیت عبور نور بیشتري نسبت به لنز دوم خواهد داشت و اصطلاحا گفته می شود که لنز سریع تری می باشد.
برای مطالعه بیشتر در خصوص سرعت لنزها می توانید به مقاله "انواع لنزها و طبقه بندی آنها" در همین وب‌سایت مراجعه فرمایید.
تغییر اندازه اعداد مربوط به روزنه دیافراگم در دوربین های مختلف کمی متفاوت است. در دوربین های قدیمی تر معمولا امکان تغییر اندازه روزنه دیافراگم تا نصف (یک دوم) استاپ وجود داشت. امروزه در بیشتر دوربین ها امکان تغییر اندازه روزنه دیافراگم تا یک سوم استاپ وجود دارد. هر چه بر روی تغییر اندازه روزنه دیافراگم کنترل دقیق تری وجود داشته باشد، امکان کنترل دقیق تری بر روی نوردهی نیز بدست می آید.
بالا: نمایش اندازه روزنه دیافراگم بر روی پانل LCD و مونیتور دو نمونه دوربین دیجیتال- پایین: جدول نمایش دهنده اعداد روزنه دیافراگم با تغییر یک سوم استاپ در لنزی با محدوده حداقل و حداکثر اندازه روزنه دیافراگم بین f/1.2 تا f/16
تاثیر اندازه دیافراگم بر عمق میدان (DOF)
عمق میدان (Depth of Field) یا بطور خلاصه DOF ، شامل مسافتی در جلو دوربین عکاسی است که در تصویر بصورت واضح و شارپ ثبت می شود. این فاصله بین جلو و عقب نقطه فوکوس قرار گرفته است. هر چه این فاصله بیشتر باشد، عمق میدان تصویر هم بیشتر است.
به عنوان مثال فرض کنید که از چهره یک نفر عکس می گیرد. اگر بر روی بینی فرد فوکوس کنید، بینی بطور واضح دیده می شود. حال اگر با تنظیماتی که بر روی دوربین انجام داده اید عمق میدان شما زیاد باشد، نواحی چشم ها و گوشها و همچنین نواحی جلوی بینی فرد نیز به صورت واضح دیده می شوند ولی اگر عمق میدان شما کم باشد، فقط بینی واضح خواهد بود و باقی صورت به شکل محو و تار دیده می شود.
اصولا در نقطه ای که دوربین بر روی آن فوکوس می شود، هر عنصر دیگری نیز که در سطح نقطه فوکوس باشد واضح و شارپ خواهد بود.
در نواحی جلو و عقب نقطه فوکوس تا مسافت مشخصی (یعنی در محدوده عمق میدان) هر عنصر دیگری نیز که در صحنه باشد بصورت واضح و شارپ دیده می شود و هر عنصری که در این فاصله قرار نداشته باشد ناواضح و تار می گردد. در واقع این مسافت که در دو طرف نقطه فوکوس است و همه عناصر داخل آن واضح دیده می شود، عمق میدان وضوح تصویر می باشد.
با تغییر در اندازه روزنه دیافراگم، اندازه عمق میدان تغییر خواهد یافت.
با تغییر عمق میدان می توان ترکیب بندی های خلاقانه ای در تصویر ایجاد کرد. با یک عمق میدان باریک می توان عناصر پس‌زمینه و یا پیش‌زمینه تصویر را تار کرد و فقط سوژه را که بر روی آن فوکوس شده است بطور واضح نمایش داد. از این ترفند در هنگام گرفتن عکس های پرتره بطور شایع استفاده می شود. همچنین می توان با بزرگ تر کردن عمق میدان، عناصر مختلف موجود در صحنه را که در فواصل مختلفی از سوژه اصلی واقع شده اند را بصورت واضح ثبت نمود و از این طریق جزئیات بیشتری را در کادر تصویر به نمایش گذاشت. روشی که عموما در عکاسی منظره زیاد استفاده می شود.
عوامل مختلفی بر روی عمق میدان تاثیر می گذارند. یکی از مهمترین آنها اندازه روزنه دیافراگم است. روزنه دیافراگم علاوه بر اینکه میزان نور ورودی به دوربین را کنترل می کند، بر روی عمق میدان ایجاد شده در تصویر نیز موثر است به این صورت که هر چه روزنه دیافراگم بازتر باشد (f کوچکتر) عمق میدان کمتر است و هر چه اندازه روزنه دیافراگم کمتر باشد (f بزرگتر) عمق میدان تصویر بیشتر خواهد بود.
پس اگر هنگام تنظیم نوردهی دوربین، از عدد های کوچک دیافراگم استفاده کنیم، عمق میدان تصویر کوچک خواهد شد. به عبارتی عمق میدان، فقط ناحیه کمی در جلو و عقب نقطه فوکوس را تشکیل می دهد و بقیه عناصر صحنه تار یا اصطلاحا فلو می شوند.
با کوچک کردن روزنه دیافراگم (f بزرگتر)، عمق میدان افزایش می یابد و محدوده وضوح تصویر در جلو و عقب نقطه فوکوس گسترش می یابد.
نمایش تفاوت در عمق میدان تصویر با اندازه های مختلف روزنه دیافراگم
هر چه عمق میدان تصویر بزرگ تر باشد، مسافت بیشتری در جلو و عقب نقطه فوکوس، واضح و شارپ است. اگر عمق میدان خیلی بزرگ بشود، تمام عناصر صحنه تا نقطه بینهایت شارپ دیده می شود.
معمولا محدوده عمق میدان در دو طرف نقطه فوکوس توزیع شده است. حدود یک سوم آن در جلوی نقطه فوکوس و حدود دو سوم آن در ناحیه ی پشت نقطه فوکوس قرار می گیرد. پس عناصری که در یک سوم جلویی و دو سوم عقبی نقطه فوکوس، در ناحیه عمق میدان قرار دارند در تصویر بصورت واضح دیده می شوند.
البته همانطور که قبلا اشاره شد عوامل دیگری نیز بر عمق میدان تاثیر می گذارند، همچون فاصله کانونی لنز و فاصله سوژه تا دوربین که برای مطالعه بیشتر در این خصوص می توانید به مقاله "عمق میدان و عوامل موثر بر آن" در همین وب‌سایت مراجعه نمایید.
مقایسه دیافراگم های مختلف و تاثیر آنها بر میزان نور ورودی و عمق میدان تصویر
سایر تاثیرات اپتیکی روزنه دیافراگم
وقتی پرتوهای نور وارد لنز دوربین می شوند، به علت خاصیت اپتیکی لنز، مسیر پرتوها به منظور تمرکز بر روی ناحیه سنسور به سمت آن هدایت می شود و از این طریق تصویر بر روی سنسور تشکیل می گردد.
دیافراگم در داخل بدنه لنز تعبیه شده است و کارش این است که میزان عبور نور از داخل لنز را کنترل کند. ولی علاوه بر این کار ممکن است اثرات دیگری نیز بر روی عبور پرتوهای نور داشته باشد که همیشه مطلوب نیست.
وقتی که نور از داخل روزنه دیافراگم عبور می کند، لبه حاشیه ای آن بر روی پرتوهایی که به آن برخورد می کنند تاثیر گذاشته و مسیر حرکت آنها را منحرف می کند. این پرتوهای منحرف شده از لبه های روزنه دیافراگم که با عنوان تفرق یا پراش نوری (Diffraction) خوانده می شود می تواند بر کیفیت عبور نور و تصویر تشکیل شده بر روی سنسور تاثیر نامطلوب گذارد.
در هر لنزی اگر روزنه دیافراگم از اندازه خاصی کوچکتر شود، اثر پراش نوری به شدت افزایش می یابد و باعث می شود که کیفیت وضوح تصویر کمی کاهش یابد. به همین علت اکثر عکاسان سعی می کنند بجز در موارد خاص، از حداکثر کوچکی روزنه دیافراگم لنز خود حتی الامکان استفاده نکنند.
البته نکات فنی مربوط به نحوه ایجاد پراش نوری و تاثیر آن بر روی وضوح تصویر و همچنین چگونگی کنترل این موضوع، نیاز به مبحث جداگانه ای دارد که بطور اختصاصی به آن پرداخته شود. شما می توانید برای بدست آوردن اطلاعات بیشتر در این خصوص به مقاله "پراش نوری لنز (Lens Diffraction)" در همین وب‌سایت مراجعه نمایید.
در اندازه های بسیار کوچک روزنه دیافراگم، اثر پراش نوری به شدت افزایش یافته و موجب کاهش وضوح تصویر می گردد.
از طرف دیگر، در لنزها میزان تفکیک پذیری جزئیات تصویر در نواحی مرکزی عدسی های اپتیکی موجود در آنها بیشتر از نواحی کناری و حاشیه تر عدسی ها می باشد، بنابراین وقتی روزنه دیافراگم یک لنز را تا حداکثر اندازه آن باز کنید، از مجموع نواحی مرکزی و حاشیه ای عدسی موجود در بدنه لنزها استفاده می شود و درنتیجه وضوح تصویر، کمی کاهش می یابد.
پس به عنوان یک نکته مهم همیشه به خاطر داشته باشید که اصولا در لنزها، در حالت های بازترین و بسته ترین اندازه روزنه دیافراگم، بیشترین وضوح تصویر بدست نمی آید، بلکه بالاترین کیفیت در محدوده های میانی روزنه دیافراگم است.
به اندازه ای از روزنه دیافراگم که تصاویر ثبت شده با آن لنز، از نظر وضوح و کنتراست در بالاترین سطح ممکن باشد اصطلاحا نقطه مطلوب لنز (Lens Sweet Spot) گفته می شود.
برای مطالعه بیشتر در خصوص نقطه مطلوب لنز و نحوه یافتن آن در هر لنز می توانید به مقاله " نقطه مطلوب لنز (Lens Sweet Spot)" در همین وب‌سایت مراجعه نمایید.
در نقطه مطلوب لنز می توان بیشترین وضوح و کنتراست را در تصویر ایجاد نمود.
پس بطور خلاصه می توان گفت که روزنه دیافراگم نه تنها در کنترل میزان عبور نور از لنز، بلکه از نظر عمق میدان و وضوح تصویر نیز بر عملکرد یک لنز موثر می باشد.
ادامه مطلب نوردهی را می توانید در بخش بعدی این مقاله تحت عنوان "اصول پایه نوردهی در عکاسی (بخش 4) حساسیت سنسور (ISO)" در همین وب‌سایت ملاحظه نمایید.
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
گردآوری و تألیف: امیر دولتیاری
تاریخ نگارش/آخرین ویرایش: 1400/4/25
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
مراجع:
1_ Tom Ang (2011). Digital Photography: Step by Step, 1th ed. Dorling Kindersley Limited, UK.
2_ Alex Cooke (2015). The Exposure Triangle: Understanding How Aperture, Shutter Speed, and ISO Work Together, Retrieve from http://fstoppers.com on Jun 7.
3_ Michael Freeman (2008). Mastering Digital Photography, 1th ed. ILEX, UK.
4_ Jim Harmer (2016). Photo Basics #1: Introduction and Exposure, Retrieve from http://improvephotography.com on Jul 17
5_ Marcus Hawkins (2017). The Exposure Triangle: aperture, shutter speed and ISO explained. Retrieve from www.techradar.com on Jul 15.
6_ Christian Hoiberg (2021). Introduction to Aperture in Landscape Photography, Retrieve from www.capturelandscapes.com on Jul 4.
7_ Josh (2016). Understand Focal Length in 4 Easy Steps, Retrieve from http://expertphotography.com on Jul 20.
8_ Nicon USA (2016). Understanding Maximum Aperture, Retrieve from www.nikonusa.com on Jul 18.
9_ Todd Vorenkamp (2018). Understanding Exposure, Part 2: Aperture, Retrieve from https://bhphotovideo.com on Jun 2.
10_ Liz Walker (2011). The Complete Digital Photo Manual, 1th ed. Carlton Book Limited, UK.
مقالات مرتبط:
- اصول پایه نوردهی در عکاسی: بخش 1 – مثلث نوردهی
- اصول پایه نوردهی در عکاسی: بخش 2 – سرعت شاتر
- اصول پایه نوردهی در عکاسی: بخش 4 – حساسیت سنسور (ISO)
- انواع لنزها و طبقه بندی آنها
- فاصله هایپرفوکال یا ابرکانونی (Hyperfocal Distance)
- عمق میدان و عوامل موثر بر آن
- پراش نوری لنز (Lens Diffraction)
- نقطه مطلوب لنز (Lens Sweet Spot)
- ساختار دوربین های عکاسی دیجیتال
- دوربین های عکاسی دیجیتال و انواع آنها