Qué son los pasos de luz (stops) en fotografía

En fotografía y vídeo se suele medir la cantidad de luz relativa mediante pasos de luz (stops o f-stops en inglés). Aquí te explicamos qué son los pasos de luz y cómo se utilizan.

 

Pasos de luz. Diafragma, apertura, exposición

 

 

Qué es un paso de luz

En fotografía necesitamos medir de alguna forma la cantidad de luz que llega a la película fotográfica o al sensor.

La cantidad total de luz recogida por la cámara determina la exposición: cómo de clara o de oscura sale la imagen en su conjunto (con respecto a la escena por ejemplo)

Un paso de luz indica un incremento del doble o una disminución a la mitad con respecto a cierta cantidad de luz.

 

Por ejemplo, subir un paso de luz equivale a que tendremos el doble de luz con respecto al estado anterior.

Bajar un paso de luz quiere decir que tendremos la mitad de luz.

 

La mayor parte de la información que se encuentra en internet sobre este tema simplemente habla de cómo se usan los pasos: diafragma (apertura), tiempo de exposición (velocidad de obturación) e ISO, cómo compensar la exposición, etc. pero sin entrar en los conceptos base o en el origen de los criterios que se siguen utilizando a día de hoy en fotografía. A mí me gusta conocer el porqué de las cosas, así que las explicaciones pueden ser un poco técnicas. Si sólo quieres saber la parte práctica te recomiendo este otro artículo donde hablamos sobre la gestión de luz en fotografía: apertura, exposición e ISO

 

¿Por qué ese criterio de doble y mitad?

Por un lado tenemos que la mayoría de los sentidos humanos, incluida la vista, funcionan de forma logarítmica, siguiendo la Ley de Weber-Fechner.

La percepción del cerebro no es lineal con respecto a las variaciones del estímulo externo. Por ejemplo, en el caso de la visión humana, la iluminación percibida no corresponde con la luz real incidente sobre el ojo.

Hay muchos factores que intervienen, pero en general sigue una función logarítmica: pequeños cambios de intensidad luminosa en un ambiente oscuro las percibimos como grandes variaciones de iluminación, y grandes cambios de intensidad en un ambiente muy luminoso las percibimos como variaciones pequeñas.

Al trabajar con pasos de luz estamos utilizando una escala logarítmica / exponencial que cuadra muy bien con la forma en que trabaja nuestro propio cerebro.

Además, aunque podríamos utilizar cualquier otra escala logarítmica (por ejemplo, para sonido se utiliza el logaritmo en base 10, y se mide en decibelios), en el caso de la luz  la escala de potencias de 2 es probablemente la más sencilla e intuitiva.

 

Pasos de luz y la apertura del diafragma

Históricamente el concepto de paso de luz está muy relacionado con el funcionamiento del diafragma.

El diafragma funciona como el iris del ojo. Es una abertura más o menos circular que se puede hacer más grande o más pequeña a voluntad. La apertura es la acción de abrir o cerrar ese hueco.  En fotografía se suele usar en general la palabra apertura, quizás por la similitud con el término inglés ‘aperture’.

La cantidad de luz que puede atravesar ese hueco (por unidad de tiempo) depende del área. Cuanto más grande sea el hueco: más luz pasará, cuanto más pequeño sea: menos luz. La cantidad de luz que atraviesa el hueco es proporcional a su área.

Como curiosidad, en las primeras cámaras no existía un diafragma como tal, simplemente se colocaba un disco o una placa con el hueco necesario para el tipo de fotografía. Por ejemplo, si había mucha iluminación se colocaba una placa con un hueco pequeño (inicialmente desmontando la cámara y enroscando el disco con la apertura, posteriormente usando placas como en el sistema Waterhouse Stop) y si había poca luz se colocaba una placa con el hueco más grande o simplemente se dejaba libre toda la superficie de entrada del objetivo.

 

Los diafragmas modernos están formados por palas o aletas colocadas de tal forma que su giro genera un hueco más o menos esférico en el centro:

Diafragma de objetivo fotográfico

 

¿Qué es el número f  (F-stop en inglés)?

Para entender el número f (el número que define las aperturas de un objetivo) vamos a ir paso a paso.

Primero vamos a ver qué relación hay entre el radio del hueco interior del diafragma y su área.

 

Relación entre el diámetro y el área del diafragma

 

Como vemos, para conseguir que el hueco tenga el doble de área hay que abrir el radio (o diámetro) aplicando un factor raíz de 2 (es decir, hay que multiplicar o dividir por aproximadamente 1.41)

Ahora vamos a ver otra cuestión importante:

¿Toda la luz que atraviesa el diafragma llega al sensor? No

Mira este esquema con el funcionamiento básico de la cámara (simplificando el objetivo como una única lente delgada), con el trazado de rayos de luz.

 

Distancia focal de objetivos

 

Piensa que desde cada punto de la escena parten (o rebotan) rayos de luz en todas direcciones. La lente enfoca parte de esos rayos para construir el punto correspondiente en la imagen.

Los rayos con trayectorias que no pasan por la entrada del objetivo no llegan al sensor (el objetivo es un tubo opaco, la luz sólo puede acceder por el hueco de entrada).

Lo mismo ocurre con el diafragma. Es un elemento opaco que impide el paso de la luz excepto por su hueco central. Los rayos de luz con trayectorias que no pasan por el hueco central no llegan al sensor.

 

Efecto del diafragma sobre la luz que llega al sensor

 

Cuando interponemos un diafragma no estamos alterando la imagen que se forma en el sensor (*), simplemente la estamos construyendo a partir de un número menor de rayos (fotones), es decir, se forma la misma imagen pero con menos fotones cuanto más cerramos el hueco del diafragma.

(*) Cerrar o abrir el diafragma sí tiene efecto sobre el rango de la escena que aparece enfocado, es decir, influye en la profundidad de campo, pero para lo que intentamos explicar aquí ese efecto nos da igual.

 

Para verlo de otra forma:  las trayectorias de rayos de luz que no alcancen el sensor por el motivo que sea no contribuirán a la formación de la imagen. Es decir, ninguno de esos fotones llegará al sensor y por lo tanto no cuentan ni tienen efecto sobre la exposición.

Imagina ahora que tienes dos objetivos con diferentes distancias focales. Imagina también que los dos tienen el diafragma abierto exactamente al mismo diámetro. Por lo tanto, por los dos diafragmas pasa la misma intensidad de luz.

¿Llegará la misma intensidad de luz al sensor en los dos casos?

No

 

Conos de luz que llegan al sensor

 

A medida que aumenta la distancia focal, si mantenemos el diámetro del hueco fijo, el cono de luz que realmente llega al sensor se hace más estrecho y por lo tanto la intensidad de luz será menor.

Es decir, a la hora de comparar la cantidad de luz que entregarán dos objetivos al sensor no basta con saber el diámetro del hueco de su diafragma, también tenemos que tener en cuenta la distancia focal.

Para tener en cuenta este efecto y ‘normalizar’ la apertura del diafragma, se utiliza una fórmula muy sencilla:

N (número f) = F (distancia focal)  / D (diámetro del hueco)

 

Con el número f para describir la apertura tendremos una idea más precisa de la cantidad de luz que llega realmente al sensor.

La escala de números f se corresponde con la escala de pasos de luz (para que cada paso corresponda con dejar pasar el doble o la mitad de luz).

Tomamos como número f de referencia el 1 (N=1)

Para conseguir un paso de luz adicional (el doble de la cantidad de luz) hay que duplicar el área, que es equivalente a multiplicar el diámetro por raíz de 2 como vimos más arriba.

Pero el número f es inversamente proporcional al diámetro del hueco, por lo tanto cuanto mayor sea la apertura del diafragma menor será el número f. Es decir, números f pequeños indican una gran apertura, mientras que números f grandes indican una apertura pequeña.

La escala de aperturas, ya normalizada con el número f, quedaría así (1.41 es aproximadamente la raíz de 2, cada paso que cerramos el diafragma corresponde con multiplicar por raíz de 2):

1
1.4 ( 1 x 1.41)
2 (1.4 x 1.41)
2.8 (2 x 1.41)
4 (2.8 x 1.41)

 

Fotografía: efecto de la apertura del diafragma

 

 

¿Cómo aparece el número f y cómo se escribe en general?

El número f no tiene unidades, la apertura se suele indicar siguiendo este formato:  f/N

Por ejemplo: f/2.8, f/5.6, f/22

Esta notación hace referencia a que si despejamos el diámetro en la fórmula del número f, quedaría:

D = F/N

Es la notación que más me gusta, porque al estar el número dividiendo se hace más intuitivo pensar que cuanto más grande es ese número más pequeño será el hueco (D)

Otra notación que se utiliza mucho es como relación 1:N (suele aparecer en la serigrafía de los objetivos para indicar la apertura máxima de los mismos)

Por ejemplo: 1:2.8 , 1:5.6 , 1:22

También lo podéis encontrar como F2.8 , F5.6 …

 

 

Trabajando con pasos de luz

Los pasos de luz crean una escala relativa, no absoluta.

Es decir, siempre hablamos de subir N pasos de luz o bajar N pasos de luz, siempre nos referimos a variaciones de la cantidad de luz, no a la cantidad absoluta.

En una cámara analógica de película sólo había dos parámetros para regular la cantidad de luz que recogía el fotograma:

  • La apertura del diafragma
  • El tiempo de exposición o velocidad de obturación

Cada película tenía su propia sensibilidad, una vez colocado un rollo de película y no se podía modificar ese parámetro.

En las cámaras digitales la sensibilidad se puede configurar como un parámetro más:

  • La sensibilidad (ISO) no influye sobre la cantidad de luz que recibe el sensor, pero sí sobre la exposición aparente de la imagen final.

 

Jugando con esos tres parámetros podemos conseguir la exposición que necesitamos. Además, cada parámetro tiene su propio efecto sobre el resultado final de la imagen.

 

Pasos de luz en el diafragma

Para subir un paso de luz tendremos que bajar un número f en el diafragma

Por ejemplo, si estamos en f/2.8 y queremos duplicar la cantidad de luz que recibe el sensor tendríamos que abrir a f/2

Efecto sobre la imagen: Profundidad de campo

Fotografía: efecto de la apertura del diafragma

 

Pasos de luz en el obturador

Esta escala es mucho más sencilla e intuitiva:

Si queremos el doble de luz simplemente tendremos que mantener abierto el obturador el doble de tiempo.

Por ejemplo, si tenemos el obturador en 1 segundo, para subir un paso de luz tendríamos que pasarlo a 2 segundos.

Lo único que hay que tener en cuenta es que en las cámaras, para tiempos de obturación menores que 1 segundo, se suele indicar sólo el denominador de la fracción:

4″
2″
1″
2 (1/2 segundos)
4 (1/4 segundos)
8
….

 

Efecto sobre la imagen: Congelar el movimiento o imagen movida

Fotografía: efecto de la velocidad de obturación

 

Pasos de luz en la sensibilidad ISO

Es también muy sencillo e intuitivo:

Para conseguir el doble de luz sólo tenemos que duplicar el valor de ISO.

Por ejemplo, si estamos en ISO 100 y queremos subir un paso de luz, tendríamos que pasar a ISO 200

 

Efecto sobre la imagen: Equivale a subir la exposición, pero aparece ruido (granulado)

Fotografía: efecto de la sensibilidad / ISO

 

Pasos de luz y valor de exposición (EV)

Históricamente (cuando el ISO venía fijado por la sensibilidad de la película fotográfica) se definió el concepto de EV (Exposure Value – valor de exposición) para relacionar la apertura (número f) con el tiempo de obturación para conseguir una determinada exposición.

 

Definición de Valor de Exposición EV

La idea es que para conseguir un determinado valor de exposición se pueden utilizar diferentes combinaciones de velocidad de obturación y apertura.

Lógicamente no se usaba la fórmula, para cada ISO (es decir, para cada tipo de película) se hacían cartas con valores de exposición (EV charts) que relacionaban la velocidad de obturación con la apertura, para diferentes situaciones de iluminación típicas.

Ten en cuenta que las cámaras no tenían exposímetro incorporado y que usando película fotográfica hay que intentar acertar a la primera con la exposición correcta (no vale la opción de prueba y error como en las cámaras digitales).

Por ejemplo, una escena típica a plena luz del día estaría en EV=14 o EV=15. Entonces el fotógrafo podía usar la carta para ver qué combinaciones de apertura y velocidad conseguían esa exposición:

EV = 14 = log2 ( 8*8 / (1/250) )  :   Apertura f/8  | Velocidad 1/250
EV = 14 = log2 ( 11*11 / (1/125) )  :   Apertura f/11  | Velocidad 1/125
….

Realmente a partir de una referencia (por ejemplo f/8 | 1/250) simplemente ajustaríamos apertura y velocidad para  compensar y conseguir esa misma exposición. Por ejemplo, si abrimos un paso el diafragma a f/5.6, tendremos que compensar bajando el tiempo de exposición a 1/500:

EV = 14 = log2 ( 5.6*5.6 / (1/500) )

 

Por poner otro ejemplo, una escena de un paisaje nevado a plena luz del día correspondería con un EV=16

O por ejemplo en fotografía de nocturna del cielo (estrellas, Vía Láctea, etc.) el valor de exposición estaría en EV=-8, es decir, necesitaríamos aperturas grandes (número f pequeño) y tiempos de exposición grandes.

 

En la actualidad todas las cámaras incorporan un exposímetro y además en fotografía digital sí podemos jugar con la prueba y error, y compensar la exposición cuando sea necesario.

Ya no se suelen utilizar esas cartas de exposición ni la escala de valores absolutos de EV.

Sin embargo, como cada paso del valor de exposición (EV) se corresponde con un paso de luz, sí se utiliza mucho esa notación como sinónimo de paso de luz o f-stop.

 

¿Qué se mide con pasos de luz?

En fotografía y vídeo se utiliza muchísimo la escala de pasos de luz para comparar o para tener una referencia de características.

Ya hemos visto que los parámetros básicos los ajustamos mediante pasos de luz:

  • Apertura
  • Velocidad de obturación
  • ISO

 

Qué otros parámetros se miden en pasos de luz:

  • El rango dinámico (de una cámara, un sensor, un medio…) se mide en pasos de luz
    Por ejemplo, nos pueden decir que tal sensor tiene un rango dinámico de 12 EV (12 pasos)
  • La eficacia de un estabilizador de imagen
    Es decir, cuántos pasos podemos bajar la velocidad de obturación con ese estabilizador con respecto a no usar ninguno para obtener una imagen sin trepidación. Nos pueden decir por ejemplo: ese objetivo consigue una estabilización de 4 EV (4 pasos)

 

 

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