Qual é a diferença técnica entre luz artificial e luz natural?

Comentários como este me fizeram pensar ...

Assumindo duas fontes de luz de tamanho igual e intensidade relativa (digamos, como exemplo, monolights e sol) e assumindo que você está fotografando de maneira bruta para o equilíbrio de cores, qual é a diferença entre elas, quanto à qualidade da luz? É apenas espectro? Por que um produziria uma luz de qualidade significativamente diferente da outra?

(Não sou interessante no fato de que é mais fácil de usar ou mais flexível ou sempre ativo ou algo assim - estou mais preocupado com a qualidade .)

"Somente espectro" é um fator muito importante.

O que se segue de forma simplista apenas "arranha a superfície" de uma área de assunto imensamente complexa:

"Temperatura da cor" é uma medida do "calor" de uma fonte de luz branca - este é um assunto que desce rapidamente em magia negra (ou branca) e não precisa ser discutido aqui, exceto como um meio de comparar componentes de luz. A temperatura da cor é a temperatura na qual um radiador de corpo preto precisaria ser aquecido para produzir luz branca com o mesmo "calor" equivalente.

A luz solar é distribuída de forma relativamente contínua em frequências de luz.

Fontes de luz, como uma lâmpada de tungstênio ou halogênio, que usava um metal aquecido para produzir luz, têm um espectro relativamente contínuo em uma faixa limitada de frequências. O pico de tungstênio é centrado em comprimentos de onda mais longos / frequências mais baixas do que a distribuição da luz do dia e é mais amarelado e com uma temperatura de cor efetiva mais baixa.

As fontes artificiais que excitam os fósforos com um comprimento de onda da luz para fazê-los emitir luz em outros comprimentos de onda, produzem luz em vários picos de frequência relativamente nítidos com intervalos entre menos ou nenhuma luz. Esses picos de comprimento de onda são organizados de modo que o sistema olho / cérebro os combine para produzir luz "branca". Embora o olho possa ver branco, o espectro descontínuo produz efeitos fotográficos diferentes da luz natural do espectro contínuo.

Este método se aplica a luzes fluorescentes, CFL (fluroescentes compactas) e LEDs de fósforo. Resultados semelhantes ocorrem quando um gás é excedido eletricamente ou termicamente, por isso emite luz com frequências definidas de forma nítida ou quando vários LEDs monocromáticos são usados. O "branco" resultante é um fantasma do cérebro. Fonte - CCA / SA . A linha sólida curva é o "locus plankiano" e é a cor que um corpo preto aquecido seguiria à medida que a temperatura aumentasse. Os números 1500-10000 são as temperaturas em Kelvin que causam a cor associada. O olho e o cérebro veem as cores nesta linha como versões do "branco". Os números ao redor da área colorida são os comprimentos de onda em nanômetros de luz monocromática naquele ponto. Pegue dois pontos no limite, misture a luz usando essas duas cores e altere as amplitudes relativas e a cor efetiva se moverá ao longo de uma linha entre as duas. (Infelizmente, não é apenas uma linha reta desenhada neste gráfico). Faça isso com 3 cores de borda e poderá criar cores que se encontram dentro do triângulo formado pelas 3 cores. MAS, enquanto você PODE estar abalado para fazer o olho / cérebro pensar que você tem uma luz de uma cor, ou uma ampla gama de cores, um sistema sensor de filme ou filtros ou ... pode reagir de maneira diferente.

Os modernos "LEDs de fósforo" modernos usam tipicamente um LED azul de comprimento de onda curto e um fósforo amarelo. Parte da luz azul é convertida em amarelo por "excitar" o fósforo, de modo que ele reemita a energia como luz suave. A mistura relativa de azul e amarelo e as faixas exatas de freqüência emitida variam de acordo com a produção, variando de "branco quente" (cerca de 2500 - 3500 Kelvin de temperatura de cor efetiva) até a luz do dia como brancos na faixa de 4000K a 7000k e depois a azul distintamente brancos até cerca de 10.000 K equivalentes. Acima de 10.000K, a "luz branca" parece muito azul. A mistura amarelo / azul é ajustada para que a soma do vetor esteja em uma linha de espectro que as cores reais do radiador do corpo preto acompanham, de modo que a luz "pareça" branca, dentro dos limites.

Por exemplo, quando você possui luz espectral contínua, pode aplicar a filtragem em qualquer comprimento de onda para remover ou alterar parte da luz para alterar a mistura geral. Quando você tem alguns picos finitos, pode não haver luz na faixa de frequência do filtro que funcionou bem com a luz natural. Os resultados podem ser muito substancialmente diferentes.

por exemplo, um sensor fotográfico pode reagir de certa maneira à luz natural com uma ampla gama de frequências presentes. A luz artificial com a mesma temperatura de cor aparente para o olho apresentará o sensor

Por exemplo, se você possui uma Lâmpada de Sódio, por exemplo, encontrada em algumas rodovias com uma luz laranja vey, há algumas linhas de emissão de laranja espaçadas e nada mais. Nenhuma quantidade de filtragem irá 'corrigir' isso para parecer com luz natural. Whilke que está obviamente extenso, é apenas um caso extremo do que está acontecendo com as fontes limitadas de fontes de saída de comprimento de onda mencionadas acima. Fonte CCA / SA

Existem vários tipos de luzes artificiais - fluorescente, tungstênio, LED, halogênio, xenônio, explosivos, arco elétrico etc. E também existem vários tipos diferentes de luzes naturais - luz solar, luar (luz solar refletindo da lua), luz de outras estrelas , fogo, raios, vulcões, aurora boreal , vermes etc. Obviamente, ambas as classes contêm fontes de luz muito diferentes e quaisquer diferenças entre essas classes amplas só podem ser encontradas ao generalizar as classes em alguns exemplos mais comuns de ambos (por exemplo, xenon speedlight vs luz solar).

A maioria das fontes de luz natural está notavelmente mais distante do que o alcance das fontes de luz artificiais; portanto, a queda na intensidade (queda) da luz artificial é mais rápida , pois a fonte de luz está muito mais próxima. Portanto, a área que você pode iluminar com uma única luz artificial é muito menor. Tente iluminar uma paisagem ou o céu com uma luz monolítica :)

As formas mais comuns de luz natural - luz solar e luar - estão sempre ativadas, enquanto as fontes de luz artificial mais usadas na fotografia são sincronizadas para serem ativadas durante a exposição. Assim, a luz natural facilita a modelagem da iluminação, e a velocidade máxima de sincronização da sua câmera é irrelevante e não pisca o flash.

A dispersão da luz solar sobre o céu implica que as sombras projetadas pelo sol não são totalmente negras, mas preenchidas com um tom azulado.

Como as luzes artificiais podem ser movidas com facilidade, você pode criar facilmente esquemas de iluminação que seriam impossíveis apenas com a luz natural (você pode ter alguma sorte em direcionar o fogo ou os vermes do brilho, nem tanto com os outros).

Por fim, algumas palavras sobre "qualidade" no contexto empresarial (superioridade), em oposição ao contexto filosófico (propriedade ou atributo).

Aqui, a luz artificial prospera

• disponibilidade (você pode trazê-lo a qualquer hora, dia ou noite);
• repetibilidade (você pode obter a mesma iluminação usando a mesma configuração novamente; o sol e a lua estão se movendo, o tempo pode mudar);
• confiabilidade (o clima tem muito menos efeito sobre a luz artificial porque há muito menos entre a fonte de luz e a cena; com luz artificial, as baterias não carregadas são sua culpa, não da iluminação).

Observe que, para resultados artísticos, a imprevisibilidade da luz natural pode ser preferível.

A luz natural supera facilmente o artificial

• vida útil esperada;
• custo inicial;
• custos de funcionamento.

Não há diferença na relação sinal / ruído se o nível de iluminação do assunto for o mesmo. A luz solar (especialmente não difusa) fornecerá uma iluminação mais forte do que a maioria das luzes artificiais e, portanto, melhor relação sinal / ruído; outras luzes naturais são mais fracas que um flash próximo ao assunto.

Estritamente falando, se você realmente pudesse imitar tudo sobre a iluminação natural com uma luz artificial, eles seriam exatamente iguais. Como não temos uma fonte de luz artificial com a mesma intensidade do sol, sem mencionar os gatilhos de rádio com um alcance de 93 milhões de milhas, o melhor que podemos fazer com a iluminação artificial é simular a luz solar.

Ao localizar uma fonte de luz artificial mais próxima do assunto (por alguns milhões de quilômetros), podemos produzir uma intensidade de iluminação semelhante no assunto, mas é muito difícil replicar a difusão causada por todos esses quilômetros de poeira espacial e atmosfera entre nós. e o sol, entre outras coisas. Você também tocou no espectro, que, novamente, acho que podemos imitar, mas é realmente difícil de duplicar.

Um dos aspectos desafiadores da duplicação da luz natural, é claro, é que a luz natural está mudando o tempo todo. Dados todos os fatores que podem saborear a luz solar natural, é realmente um número quase infinito de fontes de luz diferentes, não é? Se você fotografa próximo ao nascer ou ao pôr do sol, isso fica evidente à medida que a exposição muda de uma foto para outra. Eu esperaria que, apesar da surpresa feliz ocasional quando a luz natural faz algo inesperado que gostamos , essa natureza variável seja realmente uma área em que a iluminação artificial melhora a iluminação natural.

Do ponto de vista prático, o que caracteriza principalmente o sol durante o meio-dia, além do seu espectro, é o fato de ser uma luz omnidirecional que brilha por cima, muito brilhante ( luminosidade de 3,84 × 10 ²⁶ W ) e possui uma pequena angular diâmetro, 0,53 graus, resultando em raios que são quase paralelos. Uma fonte artificial com a mesma iluminância e diâmetro angular quase reproduziria muitos dos efeitos de iluminação que você vê com o sol, desde que esteja suficientemente longe da cena, a saber: sombras nítidas e muito escuras e iluminação de preenchimento refletida em objetos próximos ( que normalmente é difusa, mas pode não ser se for semelhante a um espelho - também tende a adquirir as cores desses objetos).

Para que uma fonte de luz na distância d tenha o mesmo diâmetro angular e iluminação que o sol, ela deve ter um diâmetro real de cerca de d / 108 e uma luminosidade de 17200d ² W. Portanto, se sua fonte de luz estiver a 1 m de distância, ela deverá ter um diâmetro de 9 mm e uma luminosidade de 17,2 kW. Se estiver a 10 m de distância, ele deverá ter um diâmetro de 9 cm e 1,72 megawatts, enquanto que se estiver a 100 m, deverá ter um diâmetro de 93 cm e uma luminosidade de 172 megawatts.

Para comparação, um flash estroboscópico típico de estúdio de alta gama chega a 1000 wattsegundos, o que a uma velocidade máxima típica de 1 / 1500th segundo fornece 1,5 megawatts. Ao localizar esse flash a uma distância de cerca de 9,3 m acima da cena, você pode obter um efeito semelhante ao sol, desde que seu diâmetro não exceda 8,6 cm, o que é plausível. No entanto, essa configuração exigiria um investimento substancial.

Os flashes na câmera, por outro lado, não têm chance de reproduzir efeitos parecidos com o sol - a Nikon SB800 produz cerca de 60 kW no máximo, assumindo que não há perda de refletores e difusores. Portanto, ele deve estar localizado a 1,9 m de distância e ter um diâmetro de 1,8 cm, o que não possui.

Se você deseja uma resposta simples especificamente sobre a diferença entre luz "artificial" e "natural" :

A amplitude e continuidade do espectro envolvido.

Lembre-se de suas aulas de física. A cor dos objetos que vemos é governada pela quantidade de luz que eles absorvem e quanto refletem, e pela distribuição de absorção e reflexão pelo espectro visível. Um objeto azul é azul porque absorve menos e reflete mais luz azul, um objeto laranja é laranja porque absorve menos e reflete mais luz laranja etc. Se você iluminar uma cena cheia de objetos azuis com luz artificial de tungstênio de espectro estreito, objetos azuis parecerão mais opacos e menos coloridos do que se fossem iluminados com luz natural de amplo espectro.

Quanto mais contínuo e amplo for o seu iluminante, maior será a fidelidade da cor da cena.

Resposta simples, sobre os detalhes.

As fontes de luz artificial não emitem necessariamente um amplo espectro e raramente emitem um espectro "completo", nem sempre emitem um espectro contínuo para a faixa que cobrem. A qualidade ou fidelidadeA cor e os detalhes que vemos de um assunto iluminado dependem muito da amplitude e continuidade da luz que o ilumina. A iluminação artificial também geralmente tende a ter uma distribuição não natural do comprimento de onda, na medida em que sua curva espectral geralmente atinge um pico muito quente ou muito frio em relação à luz solar, produzindo o balanço de branco alterado que requer correção após a postagem. Se você trabalha com iluminação de tungstênio (halogênio), trabalha com uma faixa muito estreita de luz principalmente contínua, mas muito quente. Alguns assuntos aparecerão muito bem sob essa iluminação com correção de balanço de branco no pós, pois respondem principalmente a comprimentos de onda com desvio de vermelho mais. Outros assuntos, no entanto, podem não ter detalhes e fidelidade de cores quando iluminados pela luz de tungstênio, porque respondem principalmente a comprimentos de onda mais desalinhados.

Embora algumas formas de luz artificial ofereçam um espectro mais amplo, geralmente existem limitações à largura de banda ou podem haver buracos e lacunas no espectro emitido. As luzes baseadas na emissão de corpos negros, ou em outras palavras, fontes de luz que emitem luz aquecendo algum tipo de elemento (geralmente meta), geralmente fornecem iluminação com espectro mais contínuo e com largura de banda mais limitada. As luzes baseadas na emissão de gás, ou em outras palavras, fontes de luz que emitem luz ao passar uma corrente elétrica por algum tipo de gás, geralmente fornecem largura de banda larga, mas continuidade irregular (muitas lacunas). Nenhuma das formas de iluminação é perfeita, apesar de muitos tipos especializados de luzes mitigarem muito os negativos e, ao mesmo tempo, melhorarem os aspectos positivos ... como fornecer um espectro tão amplo quanto possível, com o mínimo de lacunas possível.

A luz natural, por outro lado, não é apenas um amplo espectro ... seu "espectro completo", incluindo todos os comprimentos de onda do rádio, através de todo o espectro visível, para EUV e raios-X. A luz natural inclui tudo o que está no espectro visível, por isso é ampla largura de banda e totalmente contínua, com uma curva espectral ideal que atinge o pico no meio do espectro de luz visível (verde amarelo-verde, uma faixa em torno de 555 nm).

O benefício de ter iluminação de espectro total é que a fidelidade de cores e os detalhes do assunto podem ser destacados. Se você tiver iluminação irregular com intervalos e largura de banda espectral limitada, e seus assuntos responderem mais a comprimentos de onda da luz que não estão dentro da faixa de emissão primária de suas luzes artificiais, você terá resultados anêmicos de cores. Isso não quer dizer que você não possa corrigir esse problema na publicação, mas geralmente não parecerá tão bom quanto quando você usa iluminação de amplo espectro ou iluminação de espectro total. Existem luzes artificiais que emitem um amplo espectro ou emitem um espectro de luz o mais amplo possível por meios artificiais, e que replicam a curva espectral da luz solar o mais próximo possível. Com essa fonte de iluminação,