Применение различных источников света при фото- и киносъёмке

Учебники для кинооператоров говорят о том, что основной задачей киносъемочного освещения является получение технически правильного экспонированного изображения. Т.е. такое воспроизведение линейной и объемной формы предметов, тона, цвета, и структуры поверхностей, которое соответствует поставленной художественной или технической задаче.

К концу двадцатых годов прошлого века номенклатура осветительной оборудования уже включала разнообразные по мощности приборы направленного и рассеянного света. Что послужило созданию основного принципа съемочного освещения - оптимальное сочетание направленного и рассеянного света в кадре. Это способствовало развитию киноязыка и изменениям в стилистике фильмов.

Всё это позволяет обрести свободу характера светового рисунка, воспроизводить большое количество световых эффектов, и добиваться большей художественной выразительности.

Конечно, решение технических проблем все еще остается важнейшим элементом в работе оператора со светом, но именно его умение найти грань между жизнеподобием и художественной условностью светового и тонального рисунка, способность реализовать соответствующий характер освещения стали определять общий уровень изобразительно- го решения фильма. Выбор в характере освещения соотношения между естественностью и художественной выразительностью, зависящий как от общего творческого решения фильма и его жанровой принадлежности.

Все технические разработки в области светового оборудования направлены на усовершенствование технических характеристик источников и приборов.  На данный момент почти все существующие источники света могут применяться при фото-, теле- и киносъемках. Основное распространение получили лампы накаливания, а также газоразрядные лампы различных типов.

В связи с развитием производства светодиодов, стало появляться осветительное оборудование для съемок на их основе, которое используется в совокупности с другими источниками света.

Лампы накаливания

Термин применяется к вольфрамовым и вольфрамо-галогенным лампам.

Колба таких ламп в первом случае наполнена азотом или аргоном, а во втором к ним добавлены частицы восстанавливающего вещества - галогена, например, йода или брома.

Основной принцип работы которых основан на свечении нагретого тела, называемом "накалом". Вольфрамовая нить, через которую пропущен электрический ток начинает нагреваться и излучать в видимом диапазоне. Цветовая температура зависит непосредственно от проходящего через неё тока.

Такое свечение возможно только в вакууме или атмосфере галогенов, так как вольфрамовая нить окисляется при взаимодействии с кислородом, что приводит к её разрушению.

Наполнение колбы галогенами способствует увеличению срока службы лампы, в связи с тем, что благодаря восстановительным свойствам этих газов нить накала дольше не подвержена разрушению.

Колбы для обычны  ламп накаливания изготавливают из кварцевого или боросиликатного стекла. Для галогенных же используется литой кварц, который необходим, чтобы они могли выдерживать значительно больший нагрев, по сравнению с простым стеклом.

Большинство колб ламп накаливания сделаны из прозрачного стекла, что позволяет увидеть нить накала и отследить состояние лампы. Также используются колбы из толстого или матированного стекла, в них нить накала не просматривается.

Стандартные лампы накаливания с матированными колбами изготавливаются нескольких видов. Таким образом, лампы, используемые для получения заливающего света с цветовой температурой 3400 К выполняются нанесением на внутреннюю сторону колбы слоя белого кварца, матирующего поверхность в молочный цвет.

Если же обычная лампа используется для дополнения дневного света, то существует вариант исполнения колбы из синего стекла, дающего в результате цветовую температуру в районе 4800 К. Синее стекло значительно снижает эффективность лампы, следовательно, для получения необходимого потока приходится использовать более мощные источники.

Лампы накаливания с встроенным отражателем.

Колбы таких ламп посеребрены изнутри, в следствие чего, этот участок лампы служит отражателем, а остальная часть колбы - линзой. Такие лампы могут использоваться как самостоятельные приборы направленного света. Если колба также матирована изнутри, они переклассифицируются в лампы заливающего света.

Для галогенных ламп характерна парабалоидная форма ( отсюда название PAR), колбы таких ламп выполняются всегда с посеребрением, что позволяет также использовать их как независимые приборы. В зависимости от расположения нити накала в колбе, есть возможность формирования различных пучков лучей на выходе из лампы, что увеличивает диапазон применения данного типа в различных приборах.

Рис 1.Типы колб вольфрамовых ламп накаливания, применяющихся в кино-, фото-, театральном оборудовании

Рис. 2 Двух- и одноцокольные галогенные лампы накаливания

Рис. 3 Лампа типа PAR

Основные источники света с газовым разрядом

Они подразделяются на источники света низкого и высокого давления. В этих источниках свет возникает как побочный продукт электрического разряда в газовой среде.

Цвет такого света характерен для свечения определенной смеси газов внутри кварцевой стеклянной оболочки или соответствует характеру свечения люминофорного покрытия на внутренних стенках трубчатой люминесцентной лампы.

Источники газоразрядного света, используемые в кино-, телесъемках:

• Компактная йодидная лампа (CSI)
• Ртутная лампа (HG), дуговой разряд в парах ртути и йодидов (HMI)
• Компактный йодидовый дневной свет (CID)
• Средний источник разряда в среде редкоземельных элементов (MSR)
• Ксенон
• Флуоресцентный (люминесцентный)
• CDM

 

Рис. 4 Газоразрядные лампы

 

Таблица 1. Сравнительные характеристики разрядных источников света

	Диапазон мощности	Цветовая температура (К)	Светоотдача (лм/Вт)	Коэффициент цветопередачи
CSI	400-1000 Вт	4000±400	80-90	80
CID	200-2500 Вт	5500±400	70-80	85
HMI	24Вт-18 кВт	6000±400	80-96	>90
MSR	125 Вт -12 кВ	6000±400	75-95	>90
Xenon	75 Вт-10 кВт	6200	15-50	98
HFF	11 Вт-55 Вт	2700-6500	55-88	>80
Mastercolour CDM	35Вт - 150 Вт	3000-6500	78-93	81-95

Лампы HMI и MSR

В основном это источники света от газового разряда в парах ртути с добавкой йодидов. Йодиды создают более корректную цветовую температуру и более правильную цветопередачу. Их достоинство проявляется в:

·        Большей эффективности, чем у вольфрамовых источников, приблизительно в три-четыре раза, таким образом, требуются меньшие мощности для электропитания.

·        Большей компактности источника света, удобстве фокусирования и проекции света.

·        Возможности получить свет, который приближается к дневному свету.

·        Меньшем уровне инфракрасного излучения, чем у вольфрамовых источников. Эти источники более "холодные", т.к. вырабатывают меньше тепла.

·        Широкий ассортимент приборов.

С 60-х годов HMI были единственным типом металло-галогенных ламп и производилась фирмой Osram, данное название является их зарегистрированной торговой маркой до сих пор. Но на данный момент и другие производители используют его для обозначения своих ламп данного типа. Они были созданы специально для теле- и кино- индустрии.

Колба металло-галогенных ламп выполняется из кварцевых стекол самого высокого качества. Из колбы откачивается воздух и закачивается пары ртути, аргон, оксиды металлов и галогениды.

Форма колбы может быть различной, в зависимости от особенностей дуги. Добавление галогенида защищает внутреннюю поверхность колбы от потемнении в результате испарения материалов электродов. Благодаря этому колба не мутнеет в процессе использования.

Физические размеры колбы зависят от мощности ламп.

Используется около 10 металлов, в зависимости от использования различных  сочетаний оксидов можно добиться почти сплошного спектра, а также добиться различной цветовой температуры.

Рис. 5  Лампы типа HMI

Рис. 6 Спектральное распределение излучения лампы  HMI

Несимметричные лампы предназначены для использования в вертикальном положении, а лампы небольшой мощности можно наклонять практически в любое положение относительно горизонтальной оси, и это не сказывается на стабильности работы дуги.

В свою очередь в симметричных источниках наблюдается нестабильность работы - мерцание и изменение цветовой температуры при отклонении от оси даже на 15 градусов. Они предназначены для использования исключительно в горизонтальном положении, если прибор с таки источником положить на боковую сторону, то будут наблюдаться нарушения в работе дуги.

Электроды в металло-галогенных лампах выполнены из молибдена, покрытого вольфрамом. Расстояние между электродами определяется мощностью лампы и от этого зависит необходимое для поддержания дуги напряжение.

Даже при применении соответствующей лампе напряжения электроды постепенно расходятся, что ведет к увеличению потребляемой лампы мощности, и уменьшению цветовой температуры примерно на 1 Кельвин в час.

Падение цветовой температуры лампы можно компенсировать с помощью светофильтров или изменением напряжения. Рекомендуется использовать голубой фильтр, устанавливая его перед прибором.

Окружающая температура также влияет на цветовую температуру данного типа ламп. Мороз, холодный ветер - общее понижение температуры влияет на передачу тока с контактов на лампу, что ведет к повышению цветовой температуры.

Повышение температуры окружающей среды, длительная работа в замкнутом пространстве с плохой вентиляцией ведет к перегреву контактов и колбы лампы, что, в свою очередь, приводит к повышению цветовой температуры.

В зависимости от окружающей среды цветовая температура ламп может колебаться в пределах от 4000 К до 9500 К.  Из-за этого рекомендуется каждый раз перед началом съемки прогревать лампы до рабочих температур и проверять цветовые температуры приборов.  В случае повышения - устанавливать коррегирующие фильтры.

Лампы типа MSR относятся к типу специальных студийных ламп. Это металло-галогенные лампы высокой мощности с очень короткой дугой свечения.

 

 Это позволяет точно настраивать рассеиватели и получать именно то освещение в студии, которое требуется. Использование таких ламп исключительно для освещения студии (узкий спектр применения) часто обуславливает небольшие объёмы их выпуска и, соответственно, высокую цену. Однако использование специальных ламп для освещения студии часто оправдано, так как даёт более чёткую и яркую картинку при съёмке. Так, некоторые лампы OSRAM за значительное улучшение в этой области получили премию Академии Киноискусств.

Рис. 7 Лампа типа MSR

Рис 8. Спектральное распределение излучения лампы MSR

HMI и MSR - наиболее распространенные из разрядных источников. Неудобство состоит в том, что они:

1.     Требуют использования источника питания со сверхвысоким пусковым током (обычно 27 кВ), чтобы на пуске ионизировать газ и создать в колбе электрический разряд.

2.     Требуют устройства, ограничивающего электроток, которое может быть проволочным дросселем или электронным устройством, обеспечивающим создание света "без миганий", в результате работы которого на выходе образуется постоянное световое излучение. Это устройство оперирует с импульсным напряжением прямоугольной формы на частоте 166 Гц таким образом, что свет перестает гаснуть на каждом полупериоде.

3.     Требуют периода разогрева в 1-2 минуты перед полным "разгоранием" лампы и достижением корректной цветопередачи.

4.     Не могут повторно перезапускаться, пока лампа не остынет.

5.     Работают при высоком давлении и могут взрываться.

6.     Производят на выходе свет с большим количеством ультрафиолетового излучения, которое свободно пропускается кварцевыми колбами ламп, и поэтому требуют использования защитных стеклянных фильтров.

7.     Не столь гибки в использовании, как вольфрамовые источники. Они должны быть оснащены специальными механическими заслонками, если потребуется плавное "введение" света из выключенного состояния.

8.     Цвет света может изменяться со сроком службы ламп.

Ксеноновые источники

Источник света, в котором светится электрическая дуга в атмосфере ксенона.Колба состоит из обычного или кварцевого стекла с вольфрамовыми электродами, легированными торием, с каждого конца лампы. Коэффициенты теплового расширения кварца и вольфрама различны, в колбы вплавлены полосы из молибдена, в которые вварены электроды.

Аноды сильно нагреваются потоком электронов, в связи с чем мощные лампы часто имеют жидкостное охлаждение.

Ксенон в колбе находится под высоким давлением, что накладывает особые требования к безопасности при использовании данных ламп.

Основным источником излучения является плазма, образующаяса возле катода,  светящаяся область имеет форму конуса и уменьшается по экспоненте по мере удаления от катода.

Рис. 9 Различные ксеноновые лампы

Спектр данных источников близок к дневному свету и практически равномерен по всей области. 

 

Ксеноновые источники производят превосходный "белый свет" с индексом цветопередачи  примерно 98, который является весьма стабильным. 

Рис. 10 Спектральное распределение излучения ксеноновой лампы

Этот компактный источник света почти идеален:

·         Для многократного использования на выездах (свет может быть легко собран и раразобран).

·         Как интенсивный световой луч от ксенонового "факела" для светового эффекта.

Необходимо отметить, что ксеноновая лампа, даже когда она холодная, имеет внутреннее газовое давление большее, чем атмосферное давление. Поэтому существует вероятность взрыва, если имеются механические дефекты лампы. Требуется предпринять особые меры безопасности при обращении с ксеноновыми лампами, то есть необходимо иметь маску для лица, рукавицы (чтобы защитить запястья) и защитную одежду.

Ксеноновые лампы имеют следующие характеристики:

·        Эффективность ламп (светоотдача) может быть довольно высокой (50 лм/Вт)

·        Очень хорошая цветопередача

·        Очень устойчивый цвет, вне зависимости от срока службы и от рабочей температуры.

·        Коррелированная цветовая температура 6000К.

·        Очень компактный источник.

·        Работает с постоянным током.

·        Может диммироваться с помощью электроники.

·        Длительный срок службы.

Лампы ESL ( со спектром дуги высокой интенсивности)

Это ксеноновый источник с продолговатой/круглой лампой.

Лампы имеют цветопередачу с Ra=96, светоотдачу 50 лм/Вт и цветовую  температуру 5400К.

Цвет света стабилен, без заметных изменений в течение всего срока службы лампы и легко согласуется с другими ESL-источниками. Свет может диммироваться до 5%-ного выходного уровня  с очень небольшим изменением цвета (100 К).

ESL-лампы  переменного тока существуют в диапазоне от 3.3 кВт до 100 кВт.

Они не требуют никакого специального пуска "поджига" или "пробоя" и могут работать уже через одну минуту после запуска. В отличие от обычных ксеноновых ламп не взрывоопасны.

Малошумный при работе, свободный от мерцания источник света.

Управление производится регулятором освещенности - DMX/

Эти источники используются в самостоятельных системах приборов мягкого "солнечного света", создающих свет, сопоставимый с солнечным.

ESL-лампы постоянного тока выпускаются в диапазоне от 400 Вт до 15 кВт.

CDM-источник (керамическая металлогалоидная разрядная лампа)

Это относительно новый газоразрядный источник света высокой интенсивности, который использует РСА (Poly-cristalline alumina - поликристалическую окись алюминия).

Эта газоразрядная лампа - технологическое усовершенствование газоразрядной натриевой лампы высокого давления. Разряд происходит в керамической трубке, помещенной внутри кварцевой колбы.

Рис. 11 Лампа типа CDM

Рис.12 Спектральное распределение излучения лампы типа CDM

Светильник для подобных ламп должен удерживать горячие детали лампы в случае её разрыва.

Рекомендуется использовать только с ЭПРА, но допустимо и с электромагнитными ПРА.

Имеет следующие характеристики:

·        Очень хорошая цветопередача (Ra 85-95).

·        Стабильный цвет в течение срока службы в отличие от обычных металлогалогенных ламп, которые имеют сдвиг по цвету к синему/зеленому.

·        Действующий диапазон в 3000 К или 4200 К коррелированной цветовой температуры.

·        Светоотдача до 95 лм/Вт.

·        Имеется следующий ассортимент ламп: мощностью 35,70,100,150 и 250 Вт.

·        Компактный источник с высоким световым потоком.

·        Одиночный прибор с лампой может работать под любым углом.

·        Керамическая оболочка действует как защитное средство от ультрафиолетового излучения, уменьшая его интенсивность на выходе на 60%.

·        Согласованные цветовые характеристики между источниками.

·        Электронное диммирование не рекомендуется, потому что оно оказывает неблагоприятный эффект на механическую структуру лампы, что в результате приводит к существенному изменению в показателе цветопередачи.

·        Рекомендуется работать с этими лампами в пределах корпуса осветительной арматуры, с защитным фильтром или линзой.

·        Тройная оболочка на лампе CDM-TC означает, что она может использоваться в светильнике открытого типа.

·        Срок службы до 12000 часов.

 

Эти источники широко используются в вертикальных консолях PAR-света на телевидении.

Люминесцентные лампы

Основаны на принципах люминесценции, посредством которой воспроизводится видимый свет, когда люминофор подвергается ультрафиолетовому облучению. Электрический разряд происходит по флуоресцентной колбе, создавая главным образом безопасное излучение в области ультрафиолетового спектра (60% от входной мощности), плюс к этому излучение в зеленой части спектра, составляющее около 3% от входной мощности.

Ультрафиолетовое излучение поглощается люминофором, нанесенным на внутреннюю поверхность трубки, и переизлучается в более длинноволновой части спектра ( 40% от ультрафиолетовой энергии). Следовательно, цветовая температура и индекс цветопередачи полностью определяются химическим составом люминофора.

Рис. 13 Устройство люминесцентной лампы

Рис. 14 Спектральное распределение излучения люминесцентной лампы

По эффективности он подобен свету разрядных источников высокого давления и дает возможность экономии расхода электроэнергии в малых и средних студийных пространствах.

Широкий диапазон цветовых температур делает эти источники особенно привлекательными для съемок на натуре или тогда, когда возникает потребность в источниках света, соответствующих установленным в кадре мониторам или дневному свету при эксплуатации в студии.

Достоинства флуоресцентного света:

·        Хорошая эффективность (в три-четыре раза лучше вольфрама).

·        Экономичность в потреблении электроэнергии на освещение и кондиционирование.

·        Источники с большой областью свечения, мягкой моделировкой, меньше слепят актеров ( более комфортны).

·        Срок службы порядка 10000 часов.

·        Высокочастотная работа, больше чем 40 кГц, поэтому нет никакого мерцания.

·        Диммирование 100%-1% с небольшим изменением цвета.

·        Выбор цветовых температур - 2700 К/3000 К/ 3200 К/ 4100 К/ 5000 К/ 5500 К.

Эти источники с электрическим разрядом в парах ртути низкого давления не так опасны, как ртутные источники высокого давления. Тем не менее необходимо проявлять осторожность при обращении со старыми или разбитыми колбами ламп, чтобы ни одно из химических веществ, находящихся внутри, не попало на любые порезанные или поврежденные участки кожи.

Цвет

Цветовая температура и индекс цветопередачи этих источников определяется типом люминофора, используемого в световом покрытии колбы лампы. Он обозначается кодом завода- изготовителя.

Цвет 830 ламп по показателю Ra лучше, чем 80, и при 3000 К их светоотдача составляет 87.5 лм/Вт. Следовательно, они рекомендуются для всех студий, использующих только "холодный" заливающий свет, чтобы воспользоваться преимуществом высокого уровня освещенности на выходе. Если при этом используются вольфрамовые источники для освещения декораций, то не возникает никаких проблем с цветовой совместимостью этих приборов в этой позиции.

Цвет 930 ламп по индексу цветопередачи Ra лучше, чем 90, при 3000 К они имеют уменьшенную эффективность 50-70 лм/Вт (в зависимости от завода-изготовителя). Они рекомендуются для "гибридной" установки, там, где происходит смешение "холодного" и"теплого"  света ламп накаливания на лицах персонажей, то есть там, где "холодный" свет используется для заполняющего света, а вольфрамовые источники используются как ключевой свет.

Таблица 2 Типовые заводские коды, индекс цветопередачи и цветовая температура для люминесцентных ламп.

Код ламп	Индекс цветопередачи	Цветовая температура              (К)
Colour 830	> 80	3000
Colour 930	> 90	3000
Colour 950	> 90	5000

Примечание:

1-я цифра указывает на индекс цветопередачи.

2-я и 3-я цифры указывают на две цифры цветовой температуры.

Светодиодные источники

В настоящее время существуют  высокоэффективные светодиодные осветительные приборы направленного света. Применяется в качестве источника основного рисующего и контурного света, освещения фона, создания бликов, акцентирования деталей в студийной видеосъемке, съемке кинофильмов или ТВ-передач.

Рис. 15 Принципиальная схема работы белого светоизлучающего диода

Рис. 16 Спектральное распределение излучения светодиода

Также применяются большие светодиодные панели в качестве рассеянного заливающего света.  Которые позволяют получать мягкий и равномерный свет при студийных съемках.

Чаще всего имеют встроенные системы вентиляции, которые позволяют длительное использование приборов без вероятности их перегрева. А также возможность отключения вентиляторов для проведения кратковременных съемок в тишине.

Поток осветителя может регулироваться с помощью шторок.

Работа светодиодных источников не зависит от их положения относительно горизонтальной или вертикальной оси, что значительно расширяет возможность их размещения. С помощью разного рода креплений приборы можно располагать под любыми углами, к примеру, направляя поток вертикально вверх или вниз.

 Диапазон цветовых температур 2800 - 6500 К.

Высокий индекс цветопередачи порядка 95-98.

Имеют широкий диапазон рабочих температур (-35..+80 ⁰С)

Использование светодиодных источников при съемках имеет ряд преимуществ:

·        Низкое энергопотребление.

·        Возможность изготовления светодиодов с различной цветовой температурой испускаемого света (даже в одном источнике).

·        Светодиодные источники света пожаробезопасны и не требуют специальных жаростойких модификаторов света.

·        Светодиоды питаются от источника постоянного тока, поэтому они лишены такого недостатка, присущего дешевым люминесцентным лампам, как пульсация с частотой полупериода сети переменного тока (25 Гц).

 

·         Возможность применения светофильтров для кардинального изменений цвета освещения.