“咔嚓”最动听:解剖相机快门技术

新锐技术

每当我们按动手中相机的快门按键,捕捉精彩瞬间的时候,相机总会同步发出“咔嚓”声,这其实就是快门的“声音”。之所以在声音上面加了双引号,是因为受结构限制,我们所使用的数码相机与单反相机所发出的快门声有很大的不同,前者属于电子模拟效果,后者属于物理声音。看到这里,大家可能有些迷惑,同为相机,难道快门内还有玄机?

从传统意义上来讲,快门其实就是位于镜头与胶片之间的一扇门,是用来控制光线进入的。平时快门是关着的,一点光都漏不过去,当按下快门按钮时,快门就会打开,光线就会照射到胶片上,这个过程就是我们耳熟能详的“曝光”。然而,相机经历了数十年的发展,快门也在技术上不断地更新。从技术形式来讲,上面我们说的机械快门是最原始的,进入数码时代,出现了电子快门。而从机械构造来讲,根据快门的位置和运动特点,可以分为镜前快门、镜间快门、幕帘快门。

快门年龄过百岁

早期的胶片感光度很低,因此拍照时需要曝光很长时间,大部分相机是以镜头盖作为控制曝光量的工具,直到1884年,美国人首次提出反射镜快门专利。1900年,镜间快门出现了,它位于镜头的内部,结构上由数片小而重叠的金属帘叶组成,优势是使用任何闪光灯都可以保证闪光灯和快门全程同步,但极限速度不高。

随着机械技术水平的提升,快门结构逐渐由光孔式演变为焦平面板状结构,幕帘快门就是相机技术进步的标志,它是由两片重叠的帘幕所构成,曝光时由两片重叠的帘幕形成的缝隙达成目的。直至今日,这一技术仍然还在使用,它的优点是快门的极限速度较高。

幕帘快门在材料上,有金属帘和布帘之分,其发展转折点是在1960年,日本考派(COPAL)公司首创钢片快门。此后随着非金属材料技术的飞速发展,诞生了一系列重量轻、强度高、弹性好、抗静电的新型材料,从合金复合式材料到塑料,甚至是纸。

快门并非“跑”得快

很多读者可能认为调节快门速度,就是调节快门帘幕的运动速度,这是不正确的,因为在快门动作时,帘幕的运动速度是不变的,调节快门速度实际上是调节前后帘幕之间缝隙的宽度。当按下快门之后,前帘幕向一侧运动,这时快门打开,缝隙达到一定宽度后(也就是满足曝光时间),后帘幕向同侧运动,快门关闭。

电子快门 其实无“门”

进入数码时代后,用于成像的胶片换成了感光元件,配合能够精确计时的 CPU处理器,使快门的工作原理也随之发生了革命性变化。首先数码相机快门的工作原理就不同,分为全电子快门和机械快门两种,全电子快门是通过对影像传感器件的光电模拟电量读取时间的控制来控制曝光时间的,结构简单,成本很低,维护效率高,多半用在便携式数码相机上。不过由于本身无“门”,所以为了满足使用者的“心理需求”,通过扬声器会同步模拟发出“咔嚓”声。

机械快门虽然从字面上理解,与传统胶片相机一样,但原理却不完全一样,它仅起到一个遮挡的作用。当我们使用数码相机的液晶屏幕进行取景时,机械快门是一直打开的,允许光线射到感光元件,将电信号传送至屏幕,而在曝光之前,机械快门会先关闭做一次遮挡动作,让感光元件记录一次暗电流(以使感光元件之前存储的信息得以复位),然后机械快门打开,进行感光元件的正常曝光,机械快门再关闭,做信号处理,之后机械快门再打开,使用感光元件正常取景。

这个过程听起来有些复杂,但相比传统相机,能够实现较大的快门控制范围,满足各种各样的拍摄环境需求,不过它也有硬伤,那就是快门时滞较长,噪点多。正因为如此,现在一些中高端的数码单反相机开始采用机械和电子混合式快门方式,取长补短,在快门速度较慢时,使用机械快门,而在快门速度较快时,使用电子快门。

快慢结合的艺术

快门开启时间的长与短,直接关系到入光量的多与少。通常在相机的显示屏上都能看到一组数字,以几分之一秒表示,分母数字越大,就代表快门速度越快,如1/2、1/4、1/8、1/15、1/30等,也有一种情况,以秒钟直接表示,如2、4、8、15、30等,数字越大,就代表快门速度越慢。一些高端数码相机往往在宣传资料中,突出自己拥有B门功能,那么什么是B门呢?就是当手指持续按住快门按键时,快门也会持续保持开启状态,直到放开快门为止。在胶片时代,还有过T门,则是按一下快门按键,快门帘幕开启,再按一下,快门帘幕关闭,适合用在超长时间曝光上。

在实际拍摄中,不同速度的快门,往往适用于不同场合。我们要拍摄高速移动的主体,例如激烈比赛、水滴瞬间、宠物奔跑等等,就必须使用高速快门,才能把瞬间凝固,如果使用普通速度的快门,拍摄出来的画面主体肯定模糊不清。

当我们需要用相机拍摄流动的水、璀璨的焰火、迷人的夜景,甚至是神奇的流星时,为了表现连贯的效果,需要三脚架配合稳定相机,利用慢速快门来表现,通常速度在2秒以上。

人在手持握机的时候,对于快门速度也有要求。一般情况下,速度小于1/50秒,入门家庭用户就无法握稳相机,需要借助防抖功能或者三脚架等物体辅助稳定相机,对于资深摄影爱好者,这一速度能够提升到1/30秒。

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镜间快门
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幕帘快门
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幕帘的材料在不断发生变化
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机械快门运动示意图
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电子快门,其实无“门”
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佳能EOS 300D快门
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不同相机,快门速度显示方式不同
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慢速快门下的流水,极富质感