Η µέτρηση της ταχύτητας των φωτοευαίσθητων υλικών (μέρος Ι)

Σημειώσεις του Παναγιώτη Ηλία, διδάσκοντα στο τμήμα Φωτογραφίας και Οπτικοακουστικών του Τ.Ε.Ι. Αθήνας , οι οποίες αφορούν την χημική φωτογραφία, ειδικότερα την ταχύτητα φωτοανταπόκρισης του φιλμ.
Διανέμετο στους σπουδαστές πριν την εισαγωγή της διδασκαλίας της ψηφιακής  φωτογραφίας.
Αυτή η δημοσίευση έχει την έγκρισή του και αναρτάται ‘ως έχει’, χωρίς καμία επέμβαση ή μετατροπή.
Επίσης απαγορεύεται η αναπαραγωγή ή η αναδημοσίευση μέρους ή όλου του κειμένου χωρίς τη γραπτή άδεια του συγγραφέα.

(Λόγω της μεγάλης έκτασης του άρθρου, αυτό θα δημοσιευθεί σε δύο μέρη).

Όλοι γνωρίζουµε την εξέλιξη της φωτογραφίας µέσα από τις εικόνες -αλλά και τις αναλύσεις γι’αυτές- των µεγάλων φωτογράφων που δημιούργησαν πραγµατικά σπουδαία έργα. Όµως πίσω από κάθε εκπληκτικό αποτέλεσμα βρίσκονται άνθρωποι που εργάστηκαν υπό τη σκιά της ανωνυμίας, δεν μνημονεύονται και θεωρούµε τα επιτεύγµατα τους αυτονόητα ή και προϋπάρχοντα. Ίσως εκεί να κρύβεται και η σπουδαιότητα τους.
Όταν για παράδειγµα τοποθετούµε τα ISO στο φωτόµετρο της µηχανής σπάνια η σχεδόν ποτέ δεν αναρωτιόµαστε τι ακριβώς αντιπροσωπεύουν αυτά τα ISO, αν ανέκαθεν υπήρχε η ανάγκη για κατάρτιση μιας κλίμακας ευαισθησίας και αν της δινόταν πάντα αυτή η ιδιαίτερη βαρύτητα.
∆ιαβάζουµε στη συσκευασία έναν αριθµό και τον τοποθετούµε στο ρυθµιστή της ευαισθησίας  και αποκλίνουμε απ’ αυτόν με μεγάλο δισταγμό, πιστεύοντας ότι μια δραστική αλλαγή του θα επιφέρει καταστροφικά αποτελέσματα .
Όµως αυτό ανταποκρίνεται στην πραγµατικότητα;
Ας βγάλουμε το συμπέρασμα αναλύοντας διεξοδικά τη σύμπλεξη φίλμ, φωτομέτρησης και λήψης.

1. Εισαγωγή
Η Φωτογραφική διαδικασία εµπεριέχει, εκτός των άλλων βηµάτων και αυτό της φωτοµέτρησης. Είναι το βήµα κατα το οποίο αποφασίζεται ποια στοιχεία, δηλαδή διάφραγµα και χρόνος έκθεσης, θα χρησιµοποιηθούν στη φωτογραφική µηχανή έτσι ώστε το αρνητικό να εκτεθεί σωστά, καταγράφοντας όλη την τονική κλίµακα της σκηνής(1). Αυτά τα στοιχεία, που θα αναγνωρισθούν ως ενδείξεις στο φωτόµετρο για να τοποθετηθούν κατόπιν στη φωτογραφική µηχανή, βρίσκονται σε άµεση συνάρτηση µε τη ταχύτητα φωτοανταπόκρισης(2) του φωτογραφικού φιλµ.
Κατά την παρασκευή του φωτοευαίσθητου υλικού λαµβάνεται υπόψη από τους παρασκευαστές, τόσο η ποσότητα και η ποιότητα των κρυστάλλων(3), που µεταβάλλει το πάχος της εµουλσιόν και τη φωτοευαισθησία τους, όσο και το µέγεθος τους. Οι παράγοντες αυτοί επηρεάζουν την ευαισθησία του υλικού και καθορίζουν την έκθεση που χρειάζεται το φιλµ, έτσι ώστε να αποκτήσει, µετά από µια κανονική διαδικασία εµφάνισης, µια συµφωνηµένη από τους κατασκευαστές, πυκνότητα.(4)

Όµως η ποσότητα του φωτός που χρειάζεται για το σχηµατισµό της λανθάνουσας εικόνας µέσα στους κρυστάλλους, είναι ανεξάρτητη από το µέγεθος τους, που έχει κατασκευαστεί το φιλµ. Kατά συνέπεια µια επιφάνεια, η οποία έχει ευαισθητοποιηθεί µε µια ποσότητα µεγάλων κρυστάλλων, χρειάζεται λιγότερη έκθεση από µια ισοεµβαδική της επιφάνεια η οποία έχει επιστρωθεί µε µικρότερους και φυσικά περισσότερους, κρυστάλλους. Ο βαθµός ευαισθησίας του φιλµ, επειδή ακριβώς εξαρτάται από τους δυο προαναφερόµενους παράγοντες, δηλαδή µέγεθος και ποσότητα κρυστάλλων, προσδίδει µερικά πολύ σηµαντικά χαρακτηριστικά σε αυτό που είναι:
1. Ο κόκκος του φιλµ, που γίνεται αντιληπτός
στους µεσαίους τόνους κατά την εκτύπωση της φωτογρα-
φίας
2. Τη διακριτική ικανότητα του φιλµ, που είναι η
ικανότητα του να διαχωρίζει λεπτοµέρειες.

2. Ιστορική επισκόπηση
Η µέτρηση της ταχύτητας των φωτοευαίσθητων υλικών ήταν ένα θέµα, που απασχόλησε τους φωτογράφους, από την αρχή της φωτογραφίας. Ήδη από τα πρώτα στάδια, έγινε κατανοητό ότι για να υπάρχει µια σωστή καταγραφή της φωτογραφιζόµενης σκηνής, η ποσότητα της έκθεσης
που πρέπει να επιδράσει στη φωτοευαίσθητη επιφάνεια είναι συγκεκριµένη και αντιστρόφως ανάλογη, της ταχύτητας φωτοανταπόκρισης της. Προσδιορίζοντας λοιπόν την ταχύτητα του υλικού θα ήταν δυνατή και η καλύτερη καταγραφή της σκηνής.
Η εύρεση σχέσεων µεταξύ αιτίας και αιτιατού αντιπροσωπεύει ένα µόνιµο ερώτηµα για όλες τις γνωστικές περιοχές.Τους φωτογράφους όµως δεν τους απασχολεί µόνο η διερεύνηση αυτών των σχέσεων αλλά και η επέµβαση σε αυτές, µε σκοπό την τροποποίηση τους, αν αυτό είναι επιθυµητό.
Για τη µέτρηση της ταχύτητας του φιλµ, πρώτος ο Claudet(5), το 1841, σχεδίασε ένα όργανο το οποίο ονόµασε φωτογραφόµετρο και ήταν ο πρόδροµος του πυκνόµετρου. Με αυτό µπορούσε να προσδιορίσει το βαθµό µαυρίσµατος του αρνητικού, που προερχόταν από µια γνωστή ποσότητα έκθεσης.
Μετά 50 περίπου χρόνια το 1890 οι Ferdinand Hurter και Vero C. Driffield,(6) κατάφεραν να ορίσουν το πρώτο επιστηµονικό σύστηµα προσδιορισµού της ταχύτητας του φιλµ, που είναι γνωστό ως σύστηµα Η&D.
Η σχέση που όρισαν για να προσδιορίσουν τη ταχύτητα
φωτοανταποκρισης του φιλµ ήταν:

όπου 10 και 34 είναι σταθεροί αυθαίρετοι αριθµοί, ενώ (i) είναι το σηµείο αδράνειας του φιλµ. Αυτό το σηµείο (i) οριζόταν στον οριζόντιο άξονα των εκθέσεων της χαρακτηριστικής καµπύλης του φιλµ. Αντιστοιχούσε δε, σε µια έκθεση ικανή να κατασκευάσει λανθάνουσα εικόνα, που µπορεί να µετασχηµατιστεί σε µεταλλικό άργυρο µετά την εµφάνιση του γαλακτώµατος. Κατά συνέπεια να παρουσιάσει µια ελάχιστη πυκνότητα πάνω στο φιλµ, ικανή να γίνει αντιληπτή η διαφορά της από τη πυκνότητα του πέπλου βάσης µετά την εκτύπωση του αρνητικού.

Όσο µικρότερη είναι η απόσταση του σηµείου από την αρχή των συντεταγµένων (D, logΕ), τόσο µεγαλύτερη είναι η
ευαισθησία του φιλµ. (Εικόνα 1) 

1

Μια άλλη ιδιότητα του σηµείου (i) είναι ότι σε αυτό συγκλίνουν οι προεκτάσεις των ευθύγραµµων τµηµάτων των χαρακτηριστικών καµπυλών ενός φιλµ, αν αυτό εµφανιστεί σε χρόνους διαφορετικούς µεταξύ τους. (Εικόνα 2).

2a

Το πρόβληµα που υπήρχε στη µέτρηση της ευαισθησίας µε τη µέθοδο των H & D τοποθετείται στο ότι, η υπολογιζόµενη ταχύτητα φωτοανταποκρισης ήταν ανεξάρτητη από το χρόνο εµφάνισης του φιλµ. Αυτό όµως δεν ισχύει στην πραγµατικότητα, γιατί µε την αύξηση του χρόνου εµφάνισης, ο εµφανιστής εισχωρεί και στα εσωτερικά στρώµατα του γαλακτώµατος, εκεί όπου έχουν σχηµατιστεί λανθάνουσες εικόνες και τις εµφανίζει. Το αποτέλεσµα από αυτό το γεγονός είναι ότι παρουσιάζεται µεγαλύτερη από τη προβλεπόµενη, αύξηση της πυκνότητας και κατά συνέπεια µεγαλύτερη ταχύτητα. Σε αυτό το σηµείο, θα πρέπει να επισηµανθεί ότι το προαναφερόµενο πρόβληµα, δηλαδή η µεταβολή της ευαισθησίας του φιλµ σε συνάρτηση µε τη µεταβολή του χρόνου εµφάνισης, δεν προβλέφθηκε ούτε σε µετέπειτα πρακτικά συστήµατα φωτογράφησης όπως είναι για παράδειγµα το ζωνικό σύστηµα του Ansel Adams(7). Επιπρόσθετα για να προσδιοριστεί το σηµείο αδράνειας (i) πάνω στον οριζόντιο άξονα των εκθέσεων, θα πρέπει το εµφανιστικό υγρό να είναι απαλλαγµένο από διαλύτες
βροµιούχων αλάτων. Αυτό όµως πρακτικά δεν συµβαίνει, καθώς ο εµφανιστής συνήθως περιέχει βροµιούχο κάλιο ή βροµιούχα διαλύµατα από τη χρήση, τα οποία επηρεάζουν τη πέπλωση(8) του φιλµ. Έτσι οι προεκτάσεις των ευθυγράµµων τµηµάτων συγκλίνουν στο σηµείο αδράνειας (i), που τοποθετείται συνήθως κάτω από τον άξονα των εκθέσεων. Το αποτέλεσµα είναι, το σηµείο αδρανείας, να µη είναι δυνατόν να ορίσει την προαναφερόµενη ελάχιστη έκθεση, στον οριζόντιο άξονα των εκθέσεων.

Ένα στοιχείο ακόµη που θα πρέπει να λάβουµε υπόψη, είναι ότι και ο ηλεκτρικός λαµπτήρας που χρησιµοποιείτο
σαν φωτεινή πηγή για την έκθεση, δεν παρουσίαζε καµία οµοιότητα µε το φυσικό φωτισµό. έτσι η χρήση της µέτρησης ήταν σχεδόν άχρηστη σε φωτογραφίσεις µε φυσικό φωτισµό, λόγω της µεγάλης ποσότητας µπλε χρώµατος που εµπεριέχει.(9)
Ο εντοπισµός των προαναφερόµενων µειονεκτηµάτων, υπήρξε η αιτία που µέθοδος των H&D εγκαταλείφθηκε και τη θέση της πήρε η µέθοδος του Scheiner το 1894.
Αυτή η µέθοδος εκφράζει την ευαισθησία του φιλµ σε λογαριθµική κλίµακα, όπως φαίνεται από τη παρακάτω σχέση:

2a

όπου C σταθερά και Ε0 η έκθεση εκφρασµένη σε lx.sec που απαιτείται για να προσλάβει το αρνητικό πυκνότητα, ελάχιστα διαφοροποιηµένη, από την πυκνότητα του πέπλου βάσης.
Το χαρακτηριστικό της µεθόδου αυτής έγκειται στο ότι, δεν λάµβανε υπόψη, για τον προσδιορισµό της ευαισθησίας του γαλακτώµατος το σηµείο αδρανείας και δεν θεωρούσε αναγκαία, την κατασκευή των χαρακτηριστικών καµπυλών του φιλµ. Η έκθεση του φιλµ, πραγµατοποιείτο µε τη βοήθεια ενός
περιστρεφόµενου δίσκου µε τοµές, ενώ η µελέτη του αρνητικού γινόταν εµπρός από ένα φωτιστικό προαποφασισµένης σταθερής έντασης.
Σύµφωνα µε τη µέθοδο Scheiner η πυκνότητα που αντιστοιχούσε στο σηµείο ευαισθησίας, δεν µπορούσε να αποδοθεί κατά την εκτύπωση του αρνητικού, γιατί ήταν µόλις ορατή. Κατά συνέπεια η πυκνότητα ευαισθησίας δεν είχε καµία πρακτική αξία. (Εικόνα 3)

3

Και αυτή η µέθοδος όµως εγκαταλείφθηκε, γιατί χρησιµοποιούσε ως φωτεινή πηγή, λαµπτήρα που περιείχε αιθέριο έλαιο, του οποίου επίσης η φασµατική εκποµπή ήταν διαφορετική, από αυτή του φυσικού φωτισµού.
Το 1931 παρουσιάσθηκε στη Γερµανία η µέθοδος DIN (Deutsche Industries Norm).
Η εύρεση της ευαισθησίας µε αυτή τη µέθοδο, προϋποθέτει την έκθεση της φωτοευαίσθητης ουσίας, διαµέσου ενός διαγράµµατος πυκνότητας. Το συγκεκριµένο διάγραµµα αποτελεί µια προσδιορισµένη κλίµακα πυκνοτήτων, µε διαφορά βαθµού πυκνότητας 0,15. Έτσι πρακτικά η φωτοµετρική διαφορά µεταξύ των βηµάτων της κλίµακας είναι ½ του stop. Στο κάθε βήµα πυκνότητας αντιστοιχεί ένας αριθµός µε τιµή ανάλογη της τιµής της πυκνότητας. Κατά την εκφώτιση του φιλµ από µια φωτεινή πηγή η οποία πλησιάζει αρκετά τις ιδιότητες του φυσικού φωτός, αυτή η κλίµακα παρεµβάλλεται, έτσι ώστε το φιλµ να εκτεθεί µε διαφορετικές εκθέσεις και αφού εµφανιστεί να λάβει διαφορετικές πυκνότητες. Μετά την επεξεργασία, στο φιλµ παρουσιάζεται µια αρνητική κλίµακα από αυτήν του
διαγράµµατος πυκνότητας.
Το ζητούµενο είναι ο προσδιορισµός της θέσης στη κλίµακα, που µέσο αυτής το φιλµ προσλαµβάνει πυκνότητα ίση µε 0,1 πάνω από την πυκνότητα του πέπλου βάσης. Ο αριθµός αυτής της θέσης στη κλίµακα πυκνοτήτων αντιπροσωπεύει τη τιµή της ταχύτητας φωτοανταπόκρισης
σε DIN.
Στη χαρακτηριστική καµπύλη του φιλµ, αν και η χάραξή  της δεν είναι αναγκαία για την µέτρηση της ταχύτητας µε τη µέθοδο DIN, µπορεί να γίνει κατανοητή η σπουδαιότητα του σηµείου ευαισθησίας (Εικόνα 4).

4a

Η µαθηµατική έκφραση των DIN είναι ίδια µε αυτή του
Scheiner. ∆ηλαδή:

4b

όπου C σταθερά και Ε1 η έκθεση που δίνει στο φιλµ πυκνότητα 0,1 πάνω από τη βάση.
Αυτή η µέθοδος έχει το πλεονέκτηµα, ότι για τη µέτρηση της ευαισθησίας δεν είναι αναγκαία, όπως και στη µέθοδο Scheiner, η κατασκευή της χαρακτηριστικής καµπύλης του φιλµ.
Η µέθοδος ASA παρουσιάσθηκε από την Αµερικανική Ε- ταιρία Μέτρων και Σταθµών (American Standards Association) τo 1960, και προήλθε από τροποποίηση της µεθόδου που παρουσίασαν για πρώτη φορά το 1928 οι Jones και Roussel σε ένα διεθνές συνέδριο Φωτογραφίας.
Για τον υπολογισµό της ευαισθησίας µε αυτή τη µέθοδο, επιλέγονται επάνω στη χαρακτηριστική καµπύλη του φιλµ, δυο σηµεία Α και Β µε τις εξής ιδιότητες:
Το σηµείο Α αντιστοιχεί σε τιµή πυκνότητας 0,1 πάνω από το πέπλο βάσης και έχει προέλθει από µια έκθεση Ε0 , ενώ το σηµείο Β αντιστοιχεί σε µια έκθεση 1,3 πάνω από αυτήν του σηµείου Α. Επιπρόσθετα έχει επιλεγεί ένας χρόνος εµφάνισης τέτοιος, που µε την έκθεση αυτή, το φιλµ να αποκτά µια πυκνότητα 0,8 επάνω από αυτή του σηµείουΑ. (Εικόνα 5 και 6)

 5a 5b

Η τιµή της ταχύτητας σε ASA είναι:

5c

όπου Ε0 είναι, η έκθεση που δίνει στο φιλµ πυκνότητα 0,1
επάνω από την πυκνότητα πέπλου βάσης.

Συνεχίζεται…

  • 1 Φυσικά η σωστή καταγραφή της τονικής κλίµακας της σκηνής εξαρτάται και από άλλους παράγοντες όπως είναι η χρωµατική ευαισθησία του φιλµ, ο εµφανιστής, η διάλυση του, ο χρόνος εµφάνισης, κτλ.
  • 2 Μπορούµε να ορίσουµε σαν ταχύτητα φωτοανταποκρισης το µέτρο της ευαισθησίας του φωτογραφικού υλικού στο φως.
  • 3 Η φωτοευαίσθητη ουσία που παρασκευάστηκε µε βροµιούχο άργυρο, έχει µεγαλύτερη ταχύτητα από αυτήν παρασκευάστηκε µε χλωριούχο.
  • 4 Πυκνότητα είναι η ποσότητα του µεταλλικού αργύρου που παράγεται κατά τη διαδικασία της έκθεσης και εµφάνισης. Αυτή ορίζεται σαν τον δεκαδικό λογάριθµο της αδιαφάνειας, όπου αδιαφάνεια είναι η απορρόφηση της φωτεινής έντασης από το υλικό.
  • 5 Claudet Antoine (1797-1867). Γάλλος επιστήµονας ο οποίος πρώτος δούλεψε τη δαγεροτυπία στη
    Μεγάλη Βρετανία. Ήταν επίσης ένας από του ς σπουδαιότερους βελτιωτές φωτογραφικών υλικών.
    6 Ferdinand Hurter (1844-1898 Σουηδός) και Vero C. Driffield (1848-1915 Άγγλος).Μουσικοί και
    χηµικοί οι οποίοι έθεσαν τις βάσεις στην ευαισθητοµετρία.
  • 7 Ansel Adams (1902-1984) Αµερικανός φωτογράφος ο οποίος εφάρµοσε στη φωτογραφία το
    σύστηµα ζωνών του επίσης αµερικανού ζωγράφου Albert Munsell (1858 –1918). Ήταν από τα
    ιδρυτικά µέλη του Group f/64.
  • 8 Πέπλωση είναι η πυκνότητα που παρουσιάζεται στο φιλµ ή στο χαρτί µετά την επεξεργασία σε
    περιοχές που δεν έχουν εκτεθεί στο φως.
  • 9 ∆υο ίσες ποσότητες φυσικού και τεχνητού φωτισµού επηρεάζουν διαφορετικά τις φωτοευαίσθητες
    ουσίες λόγο της διαφορετικής ενέργειας που µεταφέρουν. Συγκεκριµένα ο τεχνικός φωτισµός έχοντας
    περίσσεια κόκκινου χρώµατος,( χρώµα µε µικρή ενέργεια), δεν επηρεάζει την φωτοευαίσθητη ουσία
    το ίδιο δραστικά όπως ο φυσικός φωτισµός, που έχει περίσσεια µπλε χρώµατος (χρώµα µε µεγάλη ενέργεια).

 

κείμενο και πίνακες © Π. Ηλίας

© periopton.com

επιμέλεια: Κάππα Λάμδα