Entendiendo la Ley del Cuadrado Inverso de la Luz

En esta publicación de blog, me gustaría compartir algunas ideas contigo en relación a la conexión entre la apertura y la ley del cuadrado inverso de la luz, así como sus efectos en la disminución de la luz.

Tabla de contenidos

• Aperturas (f-Stops)

• La Ley del Cuadrado Inverso de la Luz

• Aplicación práctica Iluminar solo un tema Iluminación de algunos temas Problema especial: iluminar correctamente los fondos

• Iluminando solo un tema.

• Iluminación de algunos temas

• Problema Especial: Iluminar correctamente los fondos

• Conexión entre la cabeza del flash, la salida, el ISO y la apertura

• Conclusión

• Iluminando solo un tema.

• Iluminación de algunos temas

• Problema Especial: Iluminar correctamente los fondos

Aberturas del diafragma (f-Stops)

Déjame introducirte en este tema explicándote primero la apertura.

Cambiar desde la apertura máxima a la siguiente más pequeña reduce la cantidad de luz incidente que entra en tu lente. Además, el diámetro de la apertura se reduce en un factor de 1/√2 cada vez, lo que también reduce a la mitad la superficie de la lente y, por lo tanto, la cantidad de luz.

Gracias a esta graduación, simplemente ajustamos la velocidad de obturación y la apertura a la iluminación existente: Cada número f (parada f) es el resultado del anterior, multiplicado por √2 (que es 1.414). Redondeamos el resultado a 1.4 para que, por ejemplo, la apertura 4, según el cálculo de 4 x 1.4, se convierta en el siguiente valor de apertura más alto, de 5.6.

Aquí hay un fragmento de esta secuencia bien conocida que dice lo siguiente:

f/1.0 f/1.4 f/2 f/2.8 f/4 f/5.6 f/8 f/11 f/16 f/22 f/32

En casos raros, también hay lentes macro con un número f máximo de 45. Dado que los lentes macro a menudo se colocan muy cerca del sujeto, el gran número f te permite alcanzar una buena profundidad de campo (a pesar de la cercanía).

La Ley del Inverso del Cuadrado de la Luz

Creamos la iluminación ideal para cada escenario con la ley del inverso del cuadrado. La ley del inverso del cuadrado funciona de la siguiente manera: si duplicas la distancia entre el sujeto y la fuente de luz, ilumina un área superficial cuatro veces mayor que la anterior.

En general, por lo tanto, multiplicamos la distancia consigo misma para calcular el aumento de esa área de superficie. Sin embargo, una mayor área de superficie conduce a una intensidad de luz que es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, ya que la misma cantidad de luz debe distribuirse en una superficie de mayor tamaño respectivamente.

Por lo tanto, observamos una disminución de la intensidad lumínica.

En términos técnicos, la ley del cuadrado inverso se lee de la siguiente manera: La energía (en nuestro caso: la intensidad de la luz) en la ubicación A (área sujeta) disminuye de forma inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de A a la fuente de energía (por ejemplo, nuestra cabeza de flash).

‘Solo se necesita conocimientos básicos de matemáticas para escribir la ley del cuadrado inverso (su fórmula). Sin embargo, la física que hay detrás es generalmente muy compleja. Por esta razón, solo vamos a abordar esta ley de manera ilustrativa y desde el punto de vista de la fotografía. Por esta razón, nos referimos a la exposición del sensor de imagen o película y a la iluminación del sujeto. Cuando se utiliza flash y focos, la ley del cuadrado inverso es especialmente útil.’

La intensidad de la luz, por ejemplo, se cuadruplica al reducir a la mitad la distancia a la fuente de luz y al sujeto. Respectivamente, la intensidad de la luz disminuye a un cuarto si duplicamos la distancia. Según esto, estos pares ejemplares de dígitos son válidos (distancia: 3 veces; intensidad: 1/9) y (4; 1/16) si multiplicamos la distancia respectivamente.

En general, la ley del cuadrado inverso explica la disminución desproporcionada de la luz a medida que aumenta la distancia entre el sujeto y la fuente de luz. Este conocimiento nos ayuda a comprender mejor cómo se correlaciona la luz y la iluminación con la distancia al sujeto y su brillo.

Aplicación práctica

Debido a la relación inversamente proporcional de la ley descrita, la intensidad de la luz disminuye considerablemente cuando el sujeto se aleja por primera vez de la fuente de luz. Después de eso, disminuye continuamente a un nivel más débil. Por ejemplo: si aumentamos la distancia entre la fuente de luz y el sujeto de 1 metro a 2 metros, se pierde el 75 por ciento de la intensidad de la luz en el sujeto. Pero cuando aumentamos la distancia de 4 a 10 metros, solo perdemos el 5 por ciento.

Así que la intensidad de la luz cerca de la fuente de luz tiene valores especialmente altos. Pero a distancia, esta intensidad solo alcanza un valor muy pequeño. Así es como creamos la iluminación adecuada: A velocidad de obturación constante, el valor f aumenta a medida que el sujeto se acerca a la fuente de luz, cuanto más pequeña sea la apertura, menos luz entra en la cámara.

Viceversa también: el valor-f disminuye a medida que aumenta la distancia del sujeto a la fuente de luz. En ambos casos, las tomas respectivas casi se ven iguales: simplemente porque la misma cantidad de luz entra a través de la lente.

Así es como teóricamente creamos el valor correcto del f para cada combinación de distancia, intensidad de luz y velocidad de obturación.

Iluminando solo un tema.

Para los sujetos estáticos, es suficiente un valor f fijo. Sin embargo, los sujetos en movimiento requieren valores f flexibles, especialmente cuando están muy cerca de la fuente de luz: debido a la ley del cuadrado inverso, un pequeño cambio en la distancia a la fuente de luz conduce a un cambio extremo en la iluminación. A su vez, es suficiente un valor f fijo para un sujeto a larga distancia, incluso si se mueve en una escala más grande.

Iluminación de algunos temas

A veces todos los sujetos se encuentran bastante cerca de la fuente de luz en forma de un foco o algo similar. En estos casos, el sujeto frontal puede estar sobreexpuesto mientras que el de atrás queda subexpuesto.

Por ejemplo, tres sujetos distribuidos uno detrás del otro cruzan los valores f dentro del rango de f/22 y f/11. Hay una solución fácil a este problema que te permite iluminar uniformemente todos los sujetos: simplemente coloca a todos los sujetos más lejos de la fuente de luz. De esta manera, sus tamaños relativos entre sí se mantienen iguales y todos solo necesitan el mismo valor f para una buena exposición, como f/4, por ejemplo.

Puedes ver muy bien las diferencias en nuestro ejemplo de abajo. Si la iluminación se coloca a una distancia de 8 metros del primer modelo, la caída de la luz hasta el cuarto modelo es solo de aproximadamente 2/3 de parada. Sin embargo, si colocaras la fuente de luz solo a 2 metros de distancia, la diferencia de brillo entre el primer y el cuarto modelo sería un total de 2 1/3 de parada (por ejemplo, f-stop 8 -> 3.5).

Problema especial: iluminar correctamente los fondos.

En nuestras imágenes, muchas veces deseamos ver contrastes en lugar de brillo uniforme: tenemos el deseo de partes más claras y más oscuras de la imagen. Por ejemplo, necesitamos un fondo bastante oscuro contra el cual nuestro atractivo modelo será iluminado de manera correcta y brillante, ¡cerca de la fuente de luz! La caída de luz cuadrática hacia el fondo más alejado conduce a un fondo subexpuesto y, por lo tanto, oscuro. Así es como el fuerte contraste nos beneficia gracias a la ley del inverso del cuadrado.

A su vez, también utilizamos esta “ley del inverso del cuadrado” cuando queremos un modelo y fondo iluminados de manera uniforme y efectiva: colocamos la fuente de luz a una distancia significativa tanto del modelo como del fondo, de esta manera logramos una iluminación muy uniforme.

Como puedes ver en el ejemplo a continuación, ya es suficiente colocar la fuente de luz a una distancia de 4 metros del modelo para iluminar de manera uniforme tanto al modelo como al fondo. La diferencia entre el modelo y el fondo es solo de 2/2 pasos ahora. Si el modelo se colocara aún más cerca del fondo, la caída de luz podría reducirse aún más.

Por cierto, si la fuente de luz está colocada demasiado cerca del modelo (solo 1 metro aquí), como se ve en el ejemplo superior, la caída de luz en el cuerpo del modelo ya es tan grande que, en el caso de una toma de cuerpo entero, las piernas quedarían subexpuestas. Por lo tanto, esta posición solo vale la pena considerarla para una toma de retrato.

Conexión entre el flash, la salida, el ISO y la apertura.

Para poder ver las dependencias aún mejor, hemos establecido tantos valores como sea posible en relación entre sí, como se muestra en la ilustración gráfica a continuación.

Estamos suponiendo un cabezal de flash de 1000 Ws con un rango de control gigantesco de 1-10. Los valores de apertura e ISO se han elegido para representar la dependencia entre estas cifras. El valor de ISO o apertura (lo que significa solo uno de estos dos valores) debe establecerse de acuerdo con el gráfico para lograr siempre la misma iluminación (brillo) del sujeto mientras se ajusta el controlador de salida del cabezal de flash.

Lo que llama la atención de inmediato es que la potencia de salida (vatios/segundos) del cabezal de flash debe duplicarse por f-stop. De esta manera, la producción en el rango superior entre 9 y 10 se incrementa en un total de 500 vatios, mientras que la producción en el rango inferior entre 1 y 2 solo cambia aproximadamente por 0.2 vatios. Ahora, al observar estas diferencias de producción bastante extremas, comprenderá el gran trabajo de desarrollo que llevó a los fabricantes de cabezales de flash para hacer todo esto posible con una precisión tan excepcionalmente alta.

Conclusión

Entonces, ¿qué deberías tener absolutamente en cuenta?

En cuanto a la apertura: la diferencia de un diafragma al siguiente siempre lleva a un duplicación o reducción a la mitad del brillo. Para la cabeza de flash, esto también siempre significa una duplicación o reducción a la mitad de la potencia de salida (Ws). Por ejemplo, si la salida de la cabeza de flash se cambia de 5 a 6, esto es exactamente igual a un diafragma.

Con respecto a la distancia: si un objeto se coloca cerca de la fuente de luz, la caída de luz en dicho objeto es muy alta en comparación con el fondo. ¡Caída de luz al cuadrado! Al duplicar la distancia al objeto, se requiere 4 veces la energía de luz para equilibrar la diferencia en brillo.

¡Duplicar/Reducir a la mitad de la distancia siempre es igual a 2 pasos f en cuanto a la diferencia de brillo!

Una distancia mayor entre la fuente de luz y el sujeto conduce a una iluminación más uniforme tanto del sujeto como del fondo porque la disminución de la intensidad de la luz disminuye a medida que aumenta la distancia. Por lo tanto, este efecto tiene una gran influencia en el diseño de iluminación.

P.D. Puedes experimentar con distancias, la apertura y la salida de luz en set.a.light 3D, que fue presentado aquí en 2013. ¡Vale la pena! Una vez que hayas comprendido completamente las correlaciones entre la distancia, la apertura y la caída de luz, podrás utilizar fácilmente esos efectos para mejorar tu diseño de iluminación y controlarlo selectivamente.

Sobre el autor: Johannes Dauner es el fundador y director ejecutivo de Elixxier, la empresa de software detrás de set.a.light 3D, que permite a los fotógrafos planificar los detalles técnicos de las sesiones fotográficas en un entorno virtual. Este artículo también fue publicado aquí.