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Kapitel 6: Der Lichtabfall zum Quadrat, die Blende und das Abstandsgesetz

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Blendenstufen

Von der größeren zur nächst kleineren Blende reduziert sich die im Objektiv einfallende Lichtmenge. Dazu sinkt der Blendendurchmesser jedes Mal um den Faktor 1/√2, was also Pupillenfläche und damit Lichtmenge halbiert. Dank dieser Abstufung passen wir Belichtungszeit und Blende einfach an die gegebene Beleuchtung an: Jede Blendenzahl folgt aus der vorhergehenden durch Multiplikation mit √2=1,414… Dabei runden wir das Ergebnis, sodass beispielsweise aus Blende 4 per 4 · 1,4 = 5,6 der nächst höhere Blendenwert folgt. Ein Ausschnitt der bekannten Folge lautet also:

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

blendenreihe-drittel-blendenstufen

Vereinzelt gibt es auch Makro Objektive deren größte Blendenzahl bis 45 reicht. Da Makro Objektive oft sehr nah am Objekt positioniert werden, kann durch die große Blendenzahl (Trotz der Nähe) eine gute Schärfentiefe (viele sagen auch fälschlicherweise “Tiefenschärfe”) erreicht werden. Mit zu kleinen Blendenzahlen wäre der Schärfebereich oft zu gering.

Das Abstandsgesetz

Wir schaffen die jeweils ideale Beleuchtung mit dem reziproken Quadratgesetz. Dieses Abstandsgesetz als „Inverse Square Law“ bedeutet: Verdoppeln wir den Abstand von Motivfläche zur Lichtquelle, beleuchtet diese die 4-fache Fläche. Allgemein multiplizieren wir also die Distanz mit sich selbst, um die Flächenvergrößerung zu berechnen. Mit größerer Fläche fällt aber die Lichtintensität umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung aus – dieselbe Lichtmenge muss sich ja auf die entsprechend größere Fläche verteilen. Damit sehen wir Lichtabfall, also abfallende Lichtstärke.

Formal lautet dieses reziproke Quadratgesetz bzw. Abstandsgesetz: Die Energie (für uns hier also: Lichtstärke) am Ort A (Motivfläche) sinkt umgekehrt proportional mit dem Quadrat der Entfernung von A zur Energiequelle (beispielsweise unser Blitzkopf).

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Der Lichtabfall zum Quadrat: das Abstandsgesetz im Detail

Das Hinschreiben des Abstandsgesetzes (der Formel) erfordert zwar nur mathematische Grundkenntnisse, die Physik dahinter ist im Allgemeinen aber sehr komplex. Wir nähern uns diesem Gesetz hier deswegen nur anschaulich und aus Sicht der Fotografie. Damit beziehen wir uns auf die Belichtung des Bildsensors bzw. Filmmaterials – und auf die Beleuchtung des jeweiligen Motivs. Dazu dient uns speziell beim Einsatz von Blitz und Scheinwerfer das Abstandsgesetz.

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Beispielsweise vervierfacht (4) sich die Stärke des Lichts bei Halbierung (1/2) der Entfernung von Lichtquelle und Motiv. Entsprechend sinkt die Lichtintensität auf ein Viertel, wenn wir diese Distanz verdoppeln. Dementsprechend gelten beispielsweise die Zahlenpaare (Distanz:3-fach; Stärke:1/9) und (4; 1/16), wenn wir die Distanz entsprechend vervielfachen.

Allgemein erklärt uns das Abstandsgesetz also den überproportionalen Lichtabfall bei zunehmender Entfernung des Motivs von der Lichtquelle. Mit diesem Wissen verstehen wir also besser, wie wir Licht und Belichtung sowie Distanz zum Motiv und dessen Helligkeit in Beziehung setzen.

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Praktische Anwendung

Wegen des quadratischen Zusammenhangs im beschriebenen Gesetz fällt die Lichtintensität nahe an der Lichtquelle beim Entfernen von ihr zunächst stark, dann zunehmend schwächer ab. Im Beispiel: Entfernen wir die Lichtquelle vom ersten auf den zweiten Meter Distanz vom Motiv, gehen 75 Prozent Intensität am Motiv verloren. Vom vierten auf den zehnten Meter verlieren wir hingegen nur fünf Prozent.

Die Lichtstärke besitzt also nahe der Lichtquelle besonders hohe Werte. In der Ferne hingegen erreicht diese Stärke nur einen winzigen Wert. Damit sorgen wir für die angemessene Belichtung: Bei konstanter Belichtungszeit steigt der Blendenwert, je näher das Motiv der Lichtquelle kommt – je kleiner die Blendenöffnung, desto weniger Licht dringt in die Kamera. Umgekehrt sinkt also der Blendenwert, je ferner das Motiv liegt. In beiden Fällen sehen entsprechende Aufnahmen nahezu gleich aus: Die gleiche Menge an Licht dringt durch das Objektiv ein.

So erstellen wir theoretisch für jede Kombination aus Entfernung, Lichtstärke und Belichtungszeit den korrekten Blendenwert.

Nur ein Motiv ausleuchten

Für stillstehende Motive reicht uns ein fester Blendenwert. Bewegliche Motive hingegen erfordern flexible Blendenwerte, besonders in großer Nähe zur Lichtquelle: Wegen des Abstandsgesetzes ändert dann bereits eine kleine Distanzänderung zur Lichtquelle die Beleuchtung stark. Umgekehrt reicht uns ein bestimmter Blendenwert für ein weit entferntes Motiv – selbst, wenn es sich etwas ausgedehnter bewegt.

Ausleuchtung einiger (mehrerer) Motive

Manchmal befinden sich alle Motive recht nahe am Scheinwerfer o.ä. als der Lichtquelle. Dann mag das vordere Objekt eher überbelichtet sein, während das hinterste unterbelichtet bleibt. Beispielsweise überstreichen drei verteilte Motive die Blendenwerte zwischen f/22 und f/11. Du löst dieses Problem gleichmäßiger Ausleuchtung ganz einfach: Stelle alle Motive einfach etwas weiter weg von der Lichtquelle auf. So bleibt ihre relativen Größen zueinander erhalten und benötigen alle nur denselben Blendenwert zur guten Belichtung, beispielsweise f/4.

Im Beispiel kann man die Unterschiede gut erkennen -> Stellt man die Beleuchtung in 8 Metern Entfernung vom ersten Model auf, beträgt der Lichtabfall zum 4. Model gerademal ca. 2/3 Blenden. Würde man hingegen die Lichtquelle nur 2 Meter entfernt aufstellen, beträgt der Helligkeitsunterschied zwischen 1. und 4 Model ganze 2 1/3 Blendenstufen (z.B. Blende 8 -> 3,5)!

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Sonderproblem: Hintergründe korrekt ausleuchten

Natürlich wünschen wir uns in unseren Bildern statt einheitlicher Helligkeiten oft auch Kontraste: Wir wünschen uns hellere und dunklere Bildteile. Zum Beispiel brauchen wir einen recht dunklen Hintergrund, vor dem wir unser attraktives Model korrekt und hell ausleuchten – nahe an der Lichtquelle! Der quadratische Lichtabfall hin zum weiter entfernten Hintergrund führt dann hin zum unterbelichteten, also dunklen Hintergrund. So arbeitet starker Kontrast dank des Abstandsgesetzes für uns.

Umgekehrt nutzen wir dieses „Inverse Square Law“ aber auch, wenn wir uns Modell und Hintergrund mit gleicher, guter Ausleuchtung wünschen: Wir platzieren die Lichtquelle dann in deutlicher Entfernung zu Modell wie Hintergrund – so erreichen wir eine sehr gleichmäßige Ausleuchtung.

Wie im unten sichtbaren Beispiel, reicht es schon aus die Lichtquelle im Abstand von 4 Metern zum Model zu platzieren um Model und Hintergrund gleichmäßig aus zu leuchten. Der Unterschied zwischen Model und Hintergrund beträgt in diesem Beispiel nur noch 1 Blenden. Würde man das Model noch etwas dichter vor dem Hintergrund platzieren, könnte der Lichtabfall noch stärker reduziert werden.

lichtabfall-blende-model-Lichtformer-hintergrund

Übrigens, stellt man wie im oberen Beispiel die Lichtquelle zu nah am Model auf (hier nur 1 Meter), ist der Lichtabfall über den Körper des Models schon so groß, dass die Beine für eine Ganzkörperaufnahme bereits unterbelichtet wären. Solch eine Positionierung kommt also nur für ein Portrait in Frage.

Zusammenhang Blitzkopf – Leistung – ISO – Blende

Um die Abhängigkeiten noch besser erkennen zu können, haben wir in untenstehender Grafik möglichst viele Werte in Bezug gesetzt.

Blitzkopf-Leistungsregelung-leistungsabfall

Erklärung zur Grafik:

Wir gehen hier von einem 1000 Ws Blitzkopf aus, mit einem gigantischen Regelbereich von 1-10.

Die Blende und den ISO Wert haben wir exemplarisch gewählt um die Abhängigkeit darstellen zu können. Der ISO, bzw. Blendenwert müsste jeweils (also nur einer der beiden Werte) der Tabelle entsprechend eingestellt werden, um immer die gleiche Ausleuchtung (Helligkeit) des Motives  zu erhalten, während der Leistungsregler des Blitzkopfs zwischen 1 und 10 verändert wird.

Was einem direkt ins Auge stickt, auch die abgegebene Leistung (Watt/Sekunden) des Blitzkopfs muss je Blendenstufe verdoppelt werden. So wird also die Leistung im oberen Bereich zwischen 9 und 10 um ganze 500 Watt erhöht, während im unteren Bereich zwischen 1 und 2 die Leistung lediglich um ca. 0,2 Watt verändert wird. Wenn man sich die extrem unterschiedlichen Leistungssprünge zwischen ganz kleinen und sehr großen Leistung an siehst, wird einem klar was die Blitzgeräte Hersteller hier für eine großartige Entwicklungsarbeit erbracht haben um dies in sehr hoher Präzision zu ermöglichen.

Fazit:

Was sollte man sich unbedingt merken?

Zur Blende:
Der Unterschied zwischen einer Blendenstufe zur nächsten, entspricht immer einer Helligkeitsverdopplung bzw. Halbierung.
Ebenfalls bedeutet es für den Blitzkopf immer eine Verdopplung, bzw. eine Halbierung der Leistung (Ws). Wird die Leistung am Blitzkopf z.B. von 5 auf 6 geändert, entspricht das genau einer Blendenstufe.

Zum Abstand:
Wird ein Objekt nah an der Lichtquelle positioniert, ist der Lichtabfall im Verhältnis zum Hintergrund sehr hoch. Lichtabfall zum Quadrat! Mit Verdopplung der Entfernung zum Objekt, wird die 4 fache Lichtenergie benötigt um den Helligkeitsunterschied auszugleichen.
Eine Entfernungsverdopplung/Halbierung entspricht immer 2 Blendenstufen Helligkeitsunterschied!

Ist der Abstand zwischen Lichtquelle und Motiv hoch, erhalten wir eine homogenere Ausleuchtung zwischen Motiv und Hintergrund, da der Lichtabfall in größerer Entfernung immer geringer wird. Dieser Effekt halt also einen gewaltigen Einfluss auf die Lichtsetzung.

Hier nochmals die Tabelle für einen schnellen Überblick:

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Wir haben auf Facebook zu diesem Thema ein Live-Streaming gemacht und die Aufnahme auch auf Youtube eingebunden. Im Video wird das Lichtabfall zum Quadrat in kurzen Worten erklärt und einige Beispiele für die Anwendung in der Fotografie gezeigt.

Experimentiert beim nächsten Shooting, oder in set.a.light 3D, mal etwas mit den Entfernungen, der Blende und der Lichtleistung – es lohnt sich! Denn wenn man erstmal die Zusammenhänge zwischen der Entfernung, der Blende und dem Lichtabfall bewusst verstanden hat, kann man die Effekte super in die Lichtsetzung einfließen lassen und gezielt steuern.

Viel Spaß dabei :)
Euer Johannes Dauner

https://www.elixxier.com

PS: Dieser Beitrag (und auch alle anderen) dürfen gerne geteilt werden!

Anhang: „die Lichtstärke“
Lichtstärke meint den auf einen Raumwinkel bezogenen Strom von Lichtteilchen. Als eine Basisgröße im Einheitensystem kennen wir sie unter der Bezeichnung „Candela (cd)“.

This post is also available in: Englisch

4 Kommentare

  1. Norbert Steiner

    Sehr gute Ergänzung zur Software.
    Danke

    • elixxier

      Hallo Norbert,

      es freut uns sehr, dass dir der Beitrag gefallen hat :)

      Vielen ist ja leider immer nicht wirklich bewusst wie wichtig auch speziell solches Fachwissen ist. Nur so kann man ja die sich daraus ergebenden Effekte gezielt und bewusst für seine Fotografie einsetzen.

      Das eigene Können jeden Tag ein wenig weiter zu entwickeln, ist ja ohnehin der Schlüssel für dauerhaften Erfolg :-)

      Denn: Wissen ist nur durch Wissen zu ersetzen…

      Schöne Pfingsten :)

      Schöne Grüße,
      Andreas

      elixxier Support Team

  2. Herbert Langen

    Endlich habe ich das Thema mal richtig verstanden (und das ohne viele Formeln).
    Was ich aber besonders cool fand, ich hab das in set.a.light ausprobiert und es funktioniert genau so!
    Schon deshalb hat sich der Kauf für mich mehr als gelohnt.
    An dieser Stelle mal ein herzlichen Dankeschön an euch und euer Team!

    Gruß Herbert aus Kiel

    • elixxier

      Hallo Herbert,

      cool, dass freut uns :)
      Eine .set Datei werden wir auch noch zur Verfügung stellen!
      Wir hatten das im Eifer des Gefechts vergessen :D

      Schöne Grüße,
      Andreas

      elixxier Support Team

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