大判カメラで、動く被写体をブラさずに撮るために必要なシャッター速度

 大判カメラ用のレンズの開放F値は概して、35mm判カメラ用のレンズほど明るくはありません。概ね、F5.6というのが多く、焦点距離が長いレンズだとF8、あるいはそれ以上の値になってしまいます。
 また、フィルムのISO感度も一般的に常用されるのはISO100~400といったところで、カラーリバーサルフィルムにおいては、現行品として手に入るのはISO50とISO100だけです。
 このため、撮影時に高速シャッター(高速と言っても一般的な大判レンズの場合、1/500秒が最高速ですが)を切ることは多くはなく、低速シャッターを使う頻度の方がはるかに高いと思います。したがって、動いている被写体を止めて写すのはあまり得意ではありません。
 今回、風景写真における動く被写体を例に、どれくらいのシャッター速度を使えば止めることができるのかを検証してみました。

被写体ブレの定義

 写真撮影において、シャッターが開いている間に被写体が動けば被写体ブレとして写ってしまうわけですが、では、どれくらい動けば被写体ブレというかは明確に定義されているわけでもなさそうですし、そもそも、条件によってもブレの度合いは千差万別といえると思います。肉眼では全く動いていないように見えても、ポジやネガをルーペで見たり、あるいはパソコン上で等倍まで拡大してみれば被写体ブレを起こしていることは十分にありうるわけですが、それを論じてもあまり意味があるとは思えません。
 写真をどのような状態で見るかによって、被写体ブレの尺度も自ずと変わってきますので、何か基準を決める必要があります。

 被写体にピントが合っているか、合っていないかの基準に使われる「許容錯乱円」というものがあります。これを被写体ブレに適用できないかとも考えましたが、許容錯乱円は撮像(フィルム)面上での話しであり、ポジをルーペで見るとき以外にはあまり適切とは思えません。
 そこで、ここでは写真をプリントして、それを肉眼で見た時に被写体ブレが認識できるかどうかを基準にしてみることにします。
 最近は写真をプリントして観賞するということが昔に比べて減っているとは思うのですが、ルーペやパソコンを使うことなく人間の眼だけで判断できるので、いちばんわかり易いのではないかと思います。

 写真を全紙大(457mmx560mm)に引き伸ばし、これを1.5m離れたところから観賞する状態を想定します。
 人間の眼の分解能はおよそ1/120°(約0.5分)が限界と言われており、視力が1.0だとその半分ほどの1/60°程度らしいです。これは、1.5mの距離から0.436mm離れた二つの点を識別できるということになります。つまり、0.436mmよりも近い場合は二つの点として識別できないということです。この0.436mmを仮に「許容移動量」としておきます。
 全紙大に引き伸ばした写真上で被写体が許容移動量(0.436mm)以上動いていれば、その写真を1.5mの距離から見た時に、被写体ブレを起こしていることがわかるだろうという想定です。

 本来、被写体ブレは二つの点を認識できるかどうかというのとは意味合いが違いますが、二つの点として認識できない範囲内での被写体の動きであれば、ブレているようには見えないだろうという仮定です。

 さて、大判フィルム(4×5判)に写り込む範囲が、実際の被写体面においてどれくらいの距離(長さ)にあたるのかを計算しておく必要があります。
 これは、使用するレンズの焦点距離や、レンズから被写体までの距離によって異なります。つまり、レンズの焦点距離が短ければ広い範囲が写りますし、レンズから被写体までの距離が長いほど、やはり広い範囲が写ります。
 大判(4×5判)カメラで比較的よく使う焦点距離のレンズと、被写体までの距離ごとに、4×5判のシートフィルムに写り込む長辺の長さを算出したのが下の表です。4×5判のフィルムの長辺の長さは121mmとして計算しています。

 では、以上の条件において、被写体ブレを起こさない、言い換えると被写体ブレが認識できないシャッター速度について、いくつかのシチュエーションで検証してみます。

時速80kmで通過する電車を真横から撮影する場合

 まずは、比較的イメージし易い電車の撮影を想定してみます。

 時速80kmの等速度で右から左に向って走る電車を、真横(電車の進行方向に対して直角の位置)から撮影するとします。この時、全紙大の写真上の0.436mm(許容移動量)が、実際の被写体面においてどれくらいの移動距離(長さ)になるかを計算します。フィルムは横置きで撮影し、長辺(横)を対象とします。
 計算式は以下の通りです。

  被写体面における移動距離 = 被写体面の撮影長さ/全紙の長辺長さ*許容移動量

 上の式に、焦点距離90mmのレンズで被写体面まで50mの距離から撮影した場合の数値をあてはめてみます。
 50m先の被写体面を焦点距離90mmのレンズで撮ると、写り込む長辺方向の長さは67,222mm(上の表より)、全紙大の長辺の長さは560mm、許容移動量は0.436mmなので、

  被写体面における移動距離 = 67,222 / 560 * 0.436 = 52.3mm

 となります。

 つまり、50m先の電車が52.3mm移動するのに要する時間よりも早いシャッター速度で撮れば、見かけ上の被写体ブレは起きないことになります。
 80km/hで走っている電車が52.3mm移動するのに要する時間(秒)は、

  52.3 / (80*10⁶ / 3,600) = 0.002355秒

 これはシャッター速度に変換すると、1/425秒となります。

 実際には1/500秒ということになるので、一般的な大判レンズのシャッター速度でギリギリ撮影できる範囲です。

 レンズの焦点距離が変わればこの値も異なるのは上に書いた通りですので、代表的な焦点距離のレンズについて許容移動量を移動する所要時間と、それに対応するシャッター速度を計算したのが下の表です。被写体面までの距離は10m、20m、50m、100m、200mの5通りを対象としました。

 この表でわかるように、80km/hで移動する電車を大判カメラで被写体ブレが感じないように写し止めるには、かなり短焦点のレンズを使っても50mほどの距離が必要ということになります。

 私は鉄道写真を撮ることはあまりないのですが、数少ない中から大判カメラで撮影した写真を探してきました。それが下の写真です。

▲WISTA 45 SP FUJINON C300mm 1:8.5 F8.5 1/125 PROVIA100F

 正確なところはわからないのですが、被写体(電車)までの距離は150~200mくらいで、電車の速度は割とゆっくりで、時速60km程度ではなかったかと思います。
 使用したレンズの焦点距離は300mmなので、これらの値を上の計算式にあてはめると、

  200m先の被写体面の撮影長さ : 80,667mm
  被写体面における許容移動量 : 62.8mm
  許容移動量に要する時間  : 0.003768秒
  シャッター速度  : 1/265秒

 となります。

 実際の撮影時のシャッター速度は1/125秒ですから、計算上は被写体ブレが認識できてしまうことになります。
 残念ながらこの写真を全紙大に引き伸ばしてないので目視確認はできないのですが、ライトボックスでポジを見ると被写体ブレしているのがわかりますので、1.5m離れていても全紙大に引き伸ばせばわずかにブレが認識できると思います。
 電車の辺りを拡大したのが下の写真です。やはり、少しブレているのがわかると思います。

▲上の写真の部分拡大

流れ落ちる滝を撮影する場合

 次に、風景写真で被写体となることが多い滝の撮影の場合です。

 滝は水が同じ形をしたまま落ちるわけではないので、電車のようにあてはめることが妥当ではないかも知れませんが、とりあえず小さな水滴が形を変えずに落ちてくると仮定して進めます。
 滝の流れ落ちる速度は下に行くほど速くなり、滝つぼに落ちる直前が最も速くなるわけですが、その速度を求めるため、いくつかの前提条件を設定します。複雑な条件を設定してもあまり意味がないので、極力簡単になるようにします。

 まず、滝の最上流部(流れ落ちるところ)の流れの速度は0とします。つまり、初速度0m/sの自由落下ということです。
 また、空気抵抗や風の影響は無視し、理想的な等加速度運動と仮定します。

 このような条件下で、落差10mの滝の水が落ち口から滝つぼまで落ちるのに要する時間を求めます。
 自由落下の式は以下の通りです。

  x = 1/2・gt²

 ここで、xは変位(落差)、gは重力加速度(9.8m/s²)、tは時間です。
 この式から時間を求める式に変換すると、

  t = √(x / (1/2・g))

 となりますので、xに10m、gに9.8m/s²をあてはめて計算すると、

  t = √(10 / (9.8/2)) = 1.429秒

 つまり、10mの落差を落ちるのに1.429秒かかることになります。

 次に、1.429秒後の流れ落ちる速度vですが、以下の計算式で求めることができます。

  v = gt

 この式に重力加速度9.8m/s²と時間1.429秒をあてはめると、滝つぼ直前の速度は、

   v = 9.8 * 1.429 = 14m/s = 50.415km/h

 となります。

 これ以降は電車の場合と同じです。
 被写体面までの距離を10m、20m、50m、100m、200mの5通りで計算すると下の表のようになります。

 落差10mの滝でも、大判カメラを使って滝の流れが止っているように写すためには、50mほど離れる必要があるので、もっと大きな滝になるとさらに条件は厳しくなります。
 私も滝はよく撮りますが、滝の流れを止めるほどの高速シャッターで撮ることは多くはありません。高速で写しとめた滝は迫力があるのですが、大判カメラでは非常に条件が限られてしまいます。

回転する風力発電の風車を撮影する場合

 近年、あちこちで見かけることが多くなったものの一つに風力発電の風車があります。海岸近くや丘の上など、風が吹くところに設置されていますが、人工物でありながら妙に風景に溶け込んでいると感じています。福島県の布引高原にも時々行きますが、ここには30基以上の風車があり、とても絵になる風景だと思います。
 この風車、一生懸命働いて(発電して)いるときに近くに行くと、唸りをあげてものすごい勢いで回転しているのがわかります。
 風車は回転しているのがわかった方が写真としては良いのかも知れませんが、この風車のブレード(羽根)が止まっているように写すことを想定してみます。

 風力発電用の風車の大きさもいろいろあるようですが、布引高原に設置されている風車について調べてみたところ、ブレードの直径が71m、ブレードの回転数は6~21.5rpmとのことでした。回転数は風の強さによって異なるので、ほぼ中央値の14rpmとして、ブレードの先端を写しとめるためのシャッター速度を求めてみます。

 風車のブレードは、電車のようにまっすぐ走るのと違って回転運動をしているので、厳密には直線運動とは異なるのですが、簡単にするために直線運動と同じ扱いをします。
 直径71m(71,000mm)のブレードの先端が回転する際に描く円周の長さは、

   円周 = 71,000 * 3.14 = 222,940mm

 です。

 ブレードは1分(60秒)間に14回転するので、1秒間だと14/60=0.233回転となり、ブレードの先端が移動する弧の長さは、

  222,940 * 0.233 = 51,945mm(51.945m)

 になります。

 すなわち、ブレード先端の速度は51.945m/sで、時速に直すと187km/hという、とんでもない速さです。新幹線に匹敵する速度であり、計算間違いかと思いましたがそうでもなさそうです。

 この高速で移動しているブレードが止まっているように見えるためにはどれくらいのシャッター速度が必要か、上と同じように計算した結果が以下の表です。布引高原の風車は巨大で、ブレードの中心までの高さが64m、ブレードが真上に行った時の先端までは99.5mにもなるため、撮影距離は50mからを対象にしました。

 このように、大判カメラの場合、短焦点レンズを使い、最低でも風車から100m離れないとブレードを写し止めることはできないということになります。

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 このような面倒くさい計算を行なわなくても、例えば電車をブラさずに写す場合はこれくらいのシャッター速度ということが経験値によってわかっていることが多いと思いますが、出来上がった写真を見る条件によって、その値はずいぶん変わってしまいます。
 今回は全紙大にプリントしたものを1.5m離れたところから観賞するという前提でしたが、もっと小さなサイズ、例えば四つ切の場合だと、許容されるシャッター速度は半分近く(正確には54.5%)まで遅くすることができます。
 一般的な大判カメラ用のレンズのシャッター速度は最高でも1/500秒ですから、高速で動く被写体を写すのはいかに苦手かということがわかります。

(2022.8.17)

#シャッター速度 #WISTA45 #ウイスタ

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