# 闪光灯小百科
衍射 发表于 2010-02-01 14:07:18 转载自香港DCfever
闪光灯小百科 Part1——发展简史
闪光灯小百科 Part2——你需要闪光灯吗？
闪光灯小百科 Prat3——闪光灯“四两拨千斤”之术
闪光灯小百科 Part4——浅谈TTL
闪光灯小百科 Part5——与快门“无关”的事
闪光灯小百科 Part6——浅谈慢速同步
闪光灯小百科 Part7——闪光指数、光圈、距离、焦距之四角关系
发展简史
闪光灯对摄影效率可谓有决定性的影响。在未有闪光灯的时代，你可能无法想象拍一张照片的时间可以多漫长。尤其当年菲林感亮度大约只有 ISO25，光圈大约是 f8 甚至更低，单靠自然光，被拍摄者要固定姿态 10 几秒甚至 1 分钟，困难程度可想而知。
其实不少学者早已研究如何用人造光线辅助摄影，早于 1839 年，已有科学家利用石灰灯 (limelight) 为显微镜影像曝光到银版摄影片 (daguerreotype) 之上，需时 5 分钟，比自然曝光所需的 30 分钟快了许多。待至 1859 年，有英国科学家发现燃烧镁条所产生的强光可以辅助拍摄高速移动的对象，亦即是镁光灯的雏型，后来改良成镁及氯酸钾的混合粉末作为闪光燃料。待至 1927 年，美国的通用电力 (GE) 发明了闪光灯泡 (Flash blub)，才打开了电力闪光灯与快门同步的第一道门。
镁光灯用的粉末闪光燃料
Kodak Brownie Hawkeye 装上闪光灯的模样，灯泡蓝膜为矫色之用。
设有机顶闪光灯插座的单镜反光机，其实早于 1935 年已由德国的 Exakta 创制，该灯脚座仅限插上闪光灯，需要另一条接线 (PC sync) 引发闪光，做到快门与闪光灯同步。闪光灯在当年一直是专业摄影师才用的工具，就当年的镁光灯，也普遍使用于新闻摄影逾半个世纪至 1950 年代。闪光灯得以普及是待到 1960 年代，当年 Kodak 推出 126 及 110 菲林相机，同时推出了闪光方砖 (flash cube)，内有四颗闪灯，每曝光一格菲林就用一颗，四颗用完就要换。这个发明，让一般人也可以享受闪光灯摄影的乐趣，不用每次都要睇天做人。
Exakta 的Exa 1B，机顶设有热靴，并非今天的单点触发型。
Kodak Instamatic X15 装上 flash cube 的模样
而踏入 1960年 代亦可谓闪光灯变革的重要年代，氙气闪光管 (xenon flashtube) 开始应用于设有热靴 (hot shoe) 的闪光灯上。初期推出时仍无法控制光量，直至美国的 Honeywell 发展出自动测光闪光灯 (automatic flash)，才开始有对应距离及光圈进行测光系统，可改变光量；及后晶闸管及储电电容的出现，可控制电量及将未用的电力储起，成为现代专业闪光灯的雏型。
Honeywell 的自动闪光灯
灯顶设有光圈及距离转盘，再让闪光灯自行测光。
Vivitar 283 是早期使用晶闸管的闪光灯，不少人都曾拥有一支。
直到约 30 年前，Olympus 推出菲林单镜反光机 OM2 (约 1978 年)，同时推出了设有 TTL 测光的闪光灯系列，成为日后各大相机生产商的发展目标，亦可谓改变现代摄影技术的一个重要转折点。
Olympus T32 对闪光灯发展可谓影响深远
现代闪光灯其中一个代表 Canon 580EX II，己发展至防尘及防水滴，应付恶劣工作环境的需要。
你需要闪光灯吗？
这不是多余的问题，用不用闪光灯，对于一些人来说是哲学问题。摄影巨匠布列松 (Henri Cartier Bresson) 为保持拍摄景物的自然与真实感觉，一直不用闪光灯进行摄影；著名战地记者麦富林 (Don Mccullin)，在战场上绝不能用闪光灯，否则会被发现行踪，只有人物专访才会用到。或许这些事实能给你一些安慰，因为你使用闪光灯摄影的技术，可能比这两位大师都要出色。除非阁下对以上两位大师是死忠派，否则有心摄影，尤其使用 DSLR，甚少会欠缺外置闪光灯。可以肯定，有闪光灯可以选择用或不用，但没有时才想到要用就太迟。
就如第一篇发展简史所述，没有闪光灯，摄影工作不仅没有效率可言，我们还会错过很多肉眼看不到的精彩世界。假如你的摄影题材包括以下各种，相信闪光灯是必备的：
· 人像 ─ 突出主体轮廓、在阴暗环境下补光、制造气氛；
· 微距 ─ 自然光源不足或被遮挡，需要人工光源；
· 婚礼 / 活动 ─ 室内外游走纪录重要时刻，兼顾广角及近距摄影；
· 运动 / 高速 ─ 凝固主体的动作，如守门员扑球或水滴皇冠等；
· 商品 ─ 保持商品色调一致，或制造特定色调。
基本上配备两支闪光灯、遥控线及外置电池组，已可应付大部份的摄影工作
决定了主题，也决定了性能和数量上的需求。例如婚礼摄影时一支 GN 42 或以上的闪光灯加一个外置电池组就可应付；如果是认真的人像摄影，做足三点灯光 (three points light) 如主光、背光及侧光的话，可能已经要准备三支闪光灯。再进一步，也许是考虑是否需要用到影楼灯 (studio flash)，当然那已经超出了我们讨论热靴外置闪光灯 (hot shoe flash) 的范围。不过随着技术进步，不少外置闪光灯只要指数 (GN) 足够，其实已经差不多可以达到影楼灯的专业效果，还具有非常出色的携带便利性。
最后一点必需提及的，就是如中长焦距拍摄又只能手持的话，会因镜头晃动做成影像模糊。利用闪光灯可放心使用较快的快门，也做到足够曝光，加上防手震功能的帮助，还可以运用较低的感亮度，令画面的细致度进一步提升。
闪光灯“四两拨千斤”之术
要令闪光灯闪光，其实要用上 1000V 或以上的电压。哪为何 4 颗 AA 电池也可以推动一支闪光灯？
闪光灯之所以能够发光，是将闪光管内的氙气 (Xenon) 以高压电电击，令氙气原子离子化 (ionize)，从而产生强光，原理和光管接近，只是光管是不断的供电，而闪光灯供电只是一瞬间。
闪光灯的内部可分成多个部份，包括变压器 (Transistor)、振频器 (Oscillator)、电容 (Capacitor) 及闪光管 (Flashtube) 。要将 6V 的直流电变成 1000V，要通过两次升压过程。变压器内由两组电线圈组成，以振频器令电线圈振荡，变成电磁铁的感生电原理，在交换过程将电压提升至高达 300V 的交流电。以下就是过程：
闪光灯内部的分布简图
1. 接通电源后，振频器配合第一组线圈，与第二组线圈产生感生电流，由于第二组线圈比第一组大，会产生升电压 (Voltage) 降电流 (current) 作用，令电压由 6V 升压至 300V 的交流电。在升压过程中，会听到高频声响。
2. 第二组线圈的交流电会通过一个单向二极管，将电流由交流电变回直流电，储藏在电容内，即进行充电。
3. 电容与一个颗带电阻的指示灯连接，尤如一个自动开关，当灯全亮时，就会中断充电过程。
4. 当闪光灯连接相机，快门打开时，亦即同时合上闪光灯回路，接通电容后，电流会通过第二个升压器，将300V 电流再升压至 1000V 或以上。
5. 在超高电压下，大量电子冲击闪光管内的氙气，令绝缘的氙气进入电离状态，转化成光能，形成一次闪光。
这是最基本的闪光过程，如果是带自动测光组件的闪光灯，在闪光过程中会同时测光，当亮度足够时就将放电回路截断，减少电容内电力的无谓损耗。此时电池再供电，因为电容有余下的电力，不用由零开始充电，可令电池寿命延长。
浅谈TTL
在历史上 TTL 其实分两个阶段发展，一个是相机内藏 TTL 测光及备有 TTL 功能的闪光灯。有趣的是，由相机 TTL 发表后差不多 15 多年后，才有 TTL 闪光灯出现。TTL 的出现，给用家最大方便莫过于就算在仓卒情况下拍摄，来不及估计距离、调较光圈，用闪光灯时都不会有太大偏差，令新闻摄影等工作变得更容易。
外测光到内测光
TTL 全名是 Through The Lens，意指 「通过镜头」。未有 TTL 之前，相机测光主要靠机身外的 Cds (Cadmium-Sulfide 硫化镉光敏电阻)，易受环境光影响，未能反映光线经过多层镜片或加上滤镜时出现的光量损失，会造成曝光不足。而 TTL 的测光组件则设于机身内部，约为镜头后接近底片的位置。由于是测量通过镜头后的光线，所以 TTL 的准确度比外测光更为优秀。
先说 TTL 相机历史，其实在声称世界上首个使用 TTL 测光系统的相机也存在争论。因为在 60 年代，几家相机公司包括 Topcon、Nikon 及 Pentax 等都先后推出有 TTL 测光的相机，Pentax 先于 1960年提出这个概念，但要待至 1964 年推出 Spotmatic 才正式量产，反而 Topcon 于 1963 年先行推出市场，略占先机。
1963 年第一台推出市场的 TTL 测光相机 Topcon RE Super
1964 年推出的 Pentax Spotmatic
Pentax 待至 1971 年推出 Pentax ES，意指 electronic shutter，是全球首部可以由 TTL 系统连动控制快门速度的单镜相机。由于使用电子控制，变成无段式快门，突破原本机械快门预设限制，如 1/ 53 秒或 1/ 1300 秒的速度都可以达到，令曝光的精确度提高，不过当年 Pentax 并没有将此概念进一步发展具备 TTL 的闪光灯。约 7 年后，即 1978 年，Olympus 推出了全球首支 TTL 闪光灯 球首支 TTL 闪光灯 T32，TTL 测光加闪光系统才正式出现。
1971年推出的 Pentax ES
自动测光到 TTL测光
最初期的闪光灯不能改变输出，每次闪灯都是全输出。主体与相机之间的距离如果有所改变，就要靠调较光圈来控制闪光的接收量，从而得到合适的曝光。后来出现了设有外置测光原件的自动闪光灯，可以根据主体的受光程度来控制闪灯输出。至于闪光灯控制光量的方法，在于控制闪光开与关的时间。闪光发生的时间仅在 1/1000 至 1/10000 秒之间，当快门开启时，闪灯也同时作出输出。当测光组件认为对象反射的光量足够时，就会在曝光中途、快门仍然保持开启时终止闪光输出。主体的曝光于是就靠闪灯来完成，至于背景环境的曝光，主要靠快门开启的时间来决定。
不过自动闪光灯正是重复相机外测光的问题，如果镜头装上滤镜，就会影响闪灯输出的准确性。而 TTL 的闪光灯出现后，因为可从镜头测光得到光圈及主体亮度等数据，就能如实反映所需光量，更精确地控制闪光时间，省下过去要计算光圈及距离的麻烦。现代闪光灯更可以做到变焦连动，帮助调校照射范围，令电源更有效利用而不致浪费。
设有外置测光组件的闪灯，安装滤镜后便要手动调高输出。
TTL 闪灯测光设在机身，即使加上滤镜、使用跳灯甚至离机闪灯亦可进行准确的输出。
但有一点要留意，跟自动测光、曝光一样，TTL 闪灯主要是提供一个正常的曝光量，有需要时仍可透过闪灯输出补偿（Flash Compensatoin）作出改动，一般闪光灯都有 1/3 级的 EV 调校。所以 TTL 最好作为正常曝光的参考指标，有需要时再作出改动，而非铁板一块。
另一方面，当我们将相机设定在自动曝光模式（如 P 或 Auto ）时，相机很多时都会将光圈及快门固定在某一数值。如果我们希望对景深、主体的动态表达及背景的亮度有较佳的控制，就一定要使用 M 手动曝光模式。
与快门“无关”的事
给大家一个问题，试看看闪光灯的手动选项，有焦距、光圈、曝光值 (EV)、ISO 等，是否好像有一个选项没有了？是的，没有快门。对于闪光灯初学者来说，这个发现可能会令他们突然语塞，之前学过光圈和快门组合的概念，为何来到闪光灯却没有「相关」的快门设定？TTL 测光的闪灯不是也应该计算快门的吗？
闪光灯 = 快门？
先来做一个试验，准备闪光灯和相机，找一件对象做目标，尽量找一个近乎全黑的房子拍摄。相机用手动模式，镜头光圈设为 f/8，闪光灯设为 TTL 模式。拍摄时手持，不用脚架，用对焦辅助灯对焦后，手动调校快门，分别用 1/200、1/60、1/10、1 秒各试拍一张。跟着重开光源，再用刚才的快门去拍。
全黑环境下使用闪光灯的效果
带有光源环境下使用闪光灯的效果
之后重看图片，相信你会发现在全黑用闪光灯拍摄的相片，除了构图可能因为手持时微微移动外，对象在曝光时是完全没有分别的，也没有因为手震而不清晰；但当室内光源重开，去到 1/10秒及 1 秒时用闪光灯，手震的残像就出现了。
此时谜团解开了一半，曝光 1 秒的残像，是因为闪光过后继续吸收环境光。而全黑拍摄时的清晰画面，则说明了闪光灯在曝光过程中与快门没有太大关系。记得第四节提过吗？闪光灯在 1/1,000 与 1/10,000 之间爆发。其实在闪灯输出的一瞬间，本身就是一个快门动作。而这个极短暂的曝光时间，甚至可以超过机械快门达到的极限。例如一些凝结高速动作（如发射中的子弹）的相片，就是用闪灯极短时间内便可输出足够光线曝光的特性，跟相机的快门速度无关。
瞬发光与持续性光
闪光灯是瞬发光，亮度强但维持的时间短；持续光则不断提供光源，好像阳光和灯光都是持续性光。
在只用一种光源曝光（闪光灯或灯泡）的情况下，假设使用相同光圈、感亮度，我们要从闪光灯或灯泡吸收同样能量的光线，闪光灯只需 1/1,000 至 1/10,000 秒便能一次过输出所有能量，而灯泡则需要更长快门时间（假设 1 秒）输出同样能量。当相机的快门设定为 1 /200 秒时，闪光灯爆发时又比快门速度快，所以相机即使将快门速度设定在 1/200 秒，仍可吸收到闪光灯的所有输出光线。而使用灯泡时，因为灯泡的输出功率远不及闪光灯，所以就有需要延长快门时间，去吸收更多的持续光线到足够为止。
光圈管主体，快门管背景
不过在日常应用情况下，我们很少会在全黑情况下使用闪灯拍摄，即使在晚上的街道或者室内，环境本身亦都有一定的亮度。假设我们在尖沙咀海傍拍摄以维港作背景的人物照，这时用闪灯拍摄，人物的曝光便会由闪光灯负责。至于背景的维港对岸，由于距离太远，闪灯光线根本不能到达，因此背景大厦的曝光便靠慢速的快门速度来吸收大厦本身的光线，情况跟一般夜景拍摄相似，只不过我们要用闪灯来照亮近距离的主体。改变快门速度会改变背景的亮度，不过主体的曝光则只受闪灯影响。
如果在现场光较强的环境（如酒楼）用闪灯拍摄，使用太快的快门速度会令背景太暗，大大减弱现场气氛；使用太慢的快门速度，主体则会受较多现场光线影响，容易产生因手震而出现的模糊。那么我们应该用多快的快门呢？视乎现场光线的强弱，我们只要使用比现场光快一级的快门速度，便可以保留到背景的气氛，又可减少手震的影响。例如相机测光表指示背景的曝光需要 1/15 秒、f/4 光圈，那么我们便可用手动模式，将快门设定至 1/30 秒。
用光圈或 EV 调校
所以在全黑环境用闪光灯摄影时，快门并不会改变主体的受光量。当闪光灯在手动模式输出固定的功率，调校光圈就能改变曝光度。但要留意，如果用 TTL 模式，闪光灯会给你自动对应光圈，自动调整闪灯的输出，那就要加或减闪灯 EV 去调整你所需的曝光效果。
浅谈慢速同步
近年一些入门级的单反相机或半专业数码相机，甚至是普通的 DC，闪光灯会设有一个「慢速同步」的选项，用途常见于夜间拍摄人像。由于背景距离太远，闪光灯对夜间背景根本不起作用，所以就要用慢快门拖长曝光时间使背景有足够曝光，同时以闪光灯令主体曝光，故出现「慢速同步」的设定。
这是新手常犯错误，只用一般闪光模式，照亮前景，背景根本没有足够时间曝光。
如用夜景人像，由于本身是 slow sync 闪光设定，前后景都可以正常曝光。
夜景模式 = 慢速同步
如果有看过第五章「与快门无关的事」，只要快门在相机的最高同步速度以下，闪光灯都可以与快门同步，只是快门时间越长，越受环境光影响。大家此时应该明白，所谓慢速同步其实是混合环境光与闪光灯的摄影手法。闪灯用来使近距离的主体曝光，快门就用来控制背景的曝光量。
所以相机内置的「夜景人像」模式，其实就是默认的慢速同步程序。设定会因相机及预设 ISO 而异，可能会被拖慢至 1/15 秒、1/8 秒，甚至 1 秒也不定，所以要使用脚架避免背景模糊不清。
入门单反如 Nikon D3000，内部 slow sync + 防红眼选项接口中，已经有一幅夜景人像示范照，可见夜景人像已使用了 slow sync。
故意玩弄残影
不过如果能明白这个道理后，慢速同步其实是可以玩出一些特别效果。大家不妨尝试故意用较慢的快门如 1/4 – 1/2 之间用闪光灯拍摄移动的对象，会发现拍到对象移动残影的同时，又可以拍到对象动作凝固的一刻。这种手法，有些摄影师会用在舞会之中，看清舞者身影的同时，还带有跳舞的动感，非常有趣。
使用 1/100 秒同步，对象动作被凝固，没有残影留下。(ISO 400、1/100 秒、 f10、flash ouput 1/8)
故意使用 1/2 秒同步，闪光后因为环境光的关系，令画面留有残影。(ISO 400、1/2 秒、 f10、flash ouput 1/8)
不过要注意的是，闪光同步同时有前帘及后帘同步的设定，也会令摄影效果有所分别，这个功能下一节再谈。
闪光指数、光圈、距离、焦距之四角关系
凡用过闪光灯的人都会明白，闪光灯不能照亮全世界，任何闪光灯的输出光量及射程都有极限，不过闪光灯规格繁多，输出光量有别，要了解甚么级别的闪光灯适合自己，答案就在 GN (Guide Number，闪光指数)。
从光圈与距离看 GN
GN 常见反映于闪光灯的型号，如 Canon 580EX II、Sony HVL-FM58A 等，他们的 GN 都是 58。闪灯的 GN 愈高，代表闪灯的输出功率越大，可照射的距离愈远。不过要留意 GN 并不等于完全代表着闪灯的输出功率，「输出功率」是指闪灯的最大输出光量值，是一个固定值；而「闪光指数」则会随着所用菲林的感亮度或闪灯的焦距覆盖设定而有所改变。例如 A 及 B 两支闪灯，厂方标示的 GN 同样是 40，不过 A 是在 35mm 焦距时计算的，而 B 是在 85mm 焦距计算的，那么 A 便实际上拥有更高的输出功率。
在未有 TTL 闪灯的年代，要使用闪灯得到正确的曝光是需要利用 GN 计数的，其公式如下︰
闪光指数 ÷ 闪光距离 = 镜头光圈值
举例说，假设闪光指数是 GN40、闪灯与被摄主体的距离是 5 米，那么我们便需要将光圈设定于 40 / 5 = f/8 了。
如果我们知道闪灯的 GN 以及镜头的光圈，那么我们也可以计算出照射距离，其公式如下︰
闪光指数 ÷ 镜头光圈值 = 闪光距离
例如闪灯的 GN 是 40，在 ISO 100、光圈 f/8 的设定下，最远可以照射到 5 米 (40 / 8)。再远的话，摄影目标就会曝光不足。 如要照得更远，可以加大光圈，或将 ISO 提高。如光圈加大至 f/4，GN 40 的有效范围就能增加到 10 米 (40 /4 = 10) 。
大家可以发现，如果主体距离增加一倍的话，光圈需要增加 2 级才能够补偿（f/8 > f /5.6 > f/4）。同样道理，如果想维持景深，保持光圈在 f/8 的话，如要提高 ISO 来得到足够曝光，则是由 100 > 200 > 400 ，也是 2 级，才能补偿距离增加一倍的影响。
假设输出光量保持不变，就会出现受光量越远越弱的情况，2 倍距离就会
变成 1/2 x 1/2 = 1/4 受光量，3 倍距离就会变成 1/3 X 1/3 = 1/9 受光量…如此类推。
简单点说，这是因为距离增加 1 倍 (2X)，光线散开时面积会增加 4 倍，所以当改变距离而输出光量相同的话，实际受光会被摊薄，光线到达对象时就只有 1/4 光量。所以调校光圈时就要加 2 级，或将感亮度加 2 级才能补充 4 倍的入光量，达到正常曝光。因此我们明白到距离增加，散射面积增加，闪光强度就会相对下降，形成一个反比例关系。
从焦距看 GN
所以选择闪光灯时，就要注意每支闪光灯提供的数据，最大指数有时只反映最长焦段的输出光量，例如规格为「ISO 100 / 105mm / GN 58」，即只在焦距覆盖设定为 105mm 才能提供 GN 58 的光量。如果焦距缩短，角度加阔，GN 指数就会相应下调。好像 Nikon SB800 规格就说明 105mm 为 GN56； 35mm 为 GN38，正是因为 35mm 的散射面积比 105mm 焦段较大所致。
当闪灯设定至长焦距时，闪灯会将覆盖角度收窄，令有效射程加长，所以
除了对象的距离，闪光灯改变焦距也是原因。
Nikon SB800 的 GN mode，在改变焦距或光圈时，
可以看到对应的有效范围，很有参考价值。
不过有一点要注意，以 GN 计算闪光灯照射有效距离，仅在向对象直射时才有参考价值，如果要反射天花或反光板，GN 对摄影的参考作用就相对较少。但肯定的是由于反射后的散射面积扩大，加上反射面本身亦会或多或少吸收部分光能，有效射程一定会大幅缩短。