FAQ: 조리개의 수치들은 왜 어렵게 쓰는거죠?

Fred Paik2009.07.27
조회63

*FAQ란 Frequently Asked Questions의 약자로서 "자주 묻는 질문들" 이라는 뜻입니다.

 

______________________________________________________________________________________

 

 

제가 많이 듣는 질문중 하나는 조리개에 대한것이죠.  보통 이런 질문들을 많이 하십니다:

 

질문: "셔터스피드나 ISO는 이해하기 쉬운데, 왜 조리개의 수치들은 f/2.8, 이렇게 어려운식으로 쓰는 것이죠?" 

 

사실 이 질문은 답하기 어려운 질문입니다.  똑같은 답을 3번 쓰겠습니다.  가장 간단하면서 무난한 답, 가장 옳은 답, 그리고 쉬우면서 모든것을 포함한 답. 


간단하면서 무난한 답: 조리개의 수치들은 초점거리, 그리고 조리개 지름의 비율입니다.  즉 초점거리가 100mm인 렌즈에서 조리개의 지름이 25mm이면 f/stop은 f/4이 됩니다. 


 

가장 옳은(어려운?) 답:  이해가 안되시는 분들은 한번 ㅤㅎㅜㅌ어보신후 밑에 내려가셔 쉬운 설명을 읽어보시면 됩니다:

 

조리개의 수치들은 f-stop이라는 수치로 나타납니다.  f-stop은 초점거리와 entrance pupil (빛의 입사면)의 비율입니다.  초점거리가 80mm인 렌즈에서 f-stop이 f/8인 경우 entrance pupil의 지름은 10mm가 되고,  f/16일 경우 5mm가 되는 것이죠. 

 

*entrance pupil은 가상의 조리개로 일반적으로 실제 조리개의 크기와는 magnification factor 때문에 약간 차이가 있습니다. 

 

셔터스피드와 ISO는 1-stop당 (거의) 2배로 늘어나지만, f-stop은 √2 값으로 늘어납니다. 

 

(√2)0 = 1                      f/1

(√2)1 = 1.4                   f/1.4

(√2)2 = 2                      f/2

(√2)3 = 2.8                   f/2.8

(√2)4 = 4                      f/4

(√2)5 = 5.6                   f/5.6

(√2)6 = 8                      f/8

 

그 이유는 지름이 √2 배 증가하거나 줄어들때마다 면적이 2배로 영향을 받기 때문입니다.  3.14 x r2  과 3.14 x (r√2)2 차이를 생각하시면 됩니다.  √2배 증가했지만 실제 면적은 2배로 커졌습니다.


...

 

...

 

...

 

와, 제가 썼지만 참 난해하게 썼군요.  이제 한국어로(?) 차근차근 설명해 드리겠습니다.  하지만 아무리 쉽게 설명해도 카메라에 대한 사전 지식은 필요합니다.


카메라를 처음 접할때 보통 노출에 대해서 먼저 배우는데요, 상대적으로 셔터 스피드나 ISO는 쉽게 배우죠.  (셔터스피드나 ISO, 조리개가 무엇인지 모르시는 분들은 먼저 여기를: http://www.cyworld.com/FredPaik/569831)  제 생각에 셔터스피드는 우리들이 일상에서 자주 쓰는 초 단위로 되어있기 때문에 알아듣기 쉽고, ISO는 약간 생소하지만 그래도 단위가 100, 200, 400, 800, 이렇게 쉽게 되어있기 때문에 약간만 배우면 알아듣기 쉬운 편이라고 생각합니다.  하지만 조리개, 즉 f-stop은 그렇지 않죠.

 

먼저 조리개란 "렌즈를 통과하는 빛의 양을 조절하는 구멍"이라는 것은 이미 알고 계시겠죠?  하지만 조리개의 수치들은 f/2.8, f/3.5... f/16, 이렇게 듣기만 해도 생소하고 어려운, 즉 f-stop (f값, f-number) 이란 단위로 나오죠.  f-stop은 딱 몇초! 몇 mm! 이런게 아니라 비율입니다.  즉 초점거리와 조리개의 비율이죠.  처음에는 어려울수 있어도 카메라에 대한 약간의 지식만 있으면 이해하기 어려운것이 아닙니다.  좀 길지만 차근차근 설명을 해드리겠습니다.

 

조리개를 이해하기전에 우리는 focal length, 즉 초점거리에 대한 약간의 상식이 필요합니다. 초점거리란 렌즈에서 카메라의 필름이나 센서까지의 거리입니다.  이 거리가 늘어날수록 사물들이 확대되죠.  더 쉽게 설명하자면 그냥 줌이라고 생각하시면 됩니다 - 사진을 당겨서 사물이 확대되서 나오는거 있죠?  컴팩트디카(똑딱이) 에서는 보통 3x, 11x, 이런식으로 써져 있습니다.  똑딱이는 알아듣기 쉽게하기 위해서 몇배 줌, 이런식으로 나가고, DSLR은 정확한 수치를 주기 위해서 몇mm, 이런식으로 나타내는 것입니다. 

 

이쯤에서 사진들을 보는것이 좋겠군요:

 

(handheld, 18mm, 1/30s, f/5.6, ISO 800)

이것은 18mm 에서 찍은 사진입니다. 

 

 

(handheld, 24mm, 1/30s, f/5.6, ISO 800)

 

이것은 24mm의 사진입니다.  천사가 크게 보이고, 우리가 보는 각도가 약간 좁혀졌죠?  초점거리가 늘어날때 일어나는 많은 현상중 2가지는 사물의 확대와 화각이 줄어든다는  것입니다.

 

(handheld, 35mm, 1/30s, f/5.6, ISO 800)

 

이것은 35mm.

 

 

 

 (handheld, 45mm, 1/30s, f/5.6, ISO 800)

 

 

 (handheld, 55mm, 1/60s, f/5.6, ISO 1600?  아마 맞을 겁니다)

 

 

이제 초점거리에 대해서 감이 오나요?  그럼 조리개에 대한 설명을 해야되겠군요.  먼저 조리개가 무엇인지 보도록 하죠.

 

조리개는 "렌즈를 통과하는 빛의 양을 조절하는 구멍" 이라는것은 이마 알고 계시겠죠?  조리개가 커질수록 빛은 많이 들어오고 피사계심도는 얕아집니다 (잘 모르는 분들은 위에 있는 링크와 그 다음 이야기를 참고하시길)  수치는 이런식으로 나타나죠:

 

f/1    f/1.4    f/2    f/2.8    f/4    f/5.6    f/8    f/11    f/16

 

먼저 f를 "1" 이라고 생각하시면 쉽습니다.  1/4과 1/16을 비교하자면 무엇이 더 크죠?  당연히 1/4가 터 크죠?  f/4은 f/16보다 더 큰 구멍입니다.  이제 직접 눈으로 보시죠:

 

밑에 있는 사진들은 니콘 50mm f/1.4 단렌즈 입니다.  귀찮아서 삼각대나 CPL을 쓰지 않았습니다. ㅠㅠ  양해 부탁드리겠습니다.

 

 

f/1.4  (f-stop, f값, f- number, 다 똑같은 것입니다)

 

f/2 입니다.  이제 조리개의 날들이 보이기 시작하죠?

 

f/2.8   이제 조리개가 서서히 조여지기 시작합니다.

 

f/4   위에 f/4과 f/16의 크기를 비교했죠? 

 

f/5.6 

 

f/8 

 

f/11 

 

 f/16  f/4과 비교를 하시면, 얼마나 큰 차이가 있는지 알수 있습니다.

 

이쯤에서 질문을 하나 하겠습니다.  왜 저는 얼핏 보기에는 연관성이 없는듯한 초점거리와 조리개의 얘기를 하고 있는걸까요? 

 

그것은 바로 f-stop은 초점거리와 조리개의 비율이기 때문입니다. 

 

초점거리가 100mm인 렌즈에 f-stop을 f/2로 맞춰놓은다면 조리개의 지름은 바로 50mm가 되는 것입니다.  아까 f를 1이라고 생각하면 쉽다고 했죠?  100 곱하기 1/2는?  바로 50mm죠.   

 

그럼 200mm인 렌즈에 f-stop이 f/4이면 조리개의 지름은?  바로 50mm가 나오겠죠. 

 

이제 쉽죠?  초점거리가 80mm인 렌즈에서 조리개의 지름이 10mm면 f-stop은 무엇일까요?  f/8이 되겠죠.  (80mm 곱하기 "1/8"은 10mm).

 

하지만 실제로 200mm렌즈에서 f-stop을 f/4로 맞춰놓고 조리개의 지름을 측정하면 정확하게 50mm가 나올까요?  답은 아닙니다.  보통 50mm에서 약간 틀린 수치가 나옵니다.  그 이유는? 위에 있는 사진을 보시죠.  조리개 앞에 유리들이 있죠?  저 유리들이 사물들을 약간 확대시키기 때문에 실제 조리개의 지름은 정확하게 50mm가 아닙니다. 

 

그래서 보통 조리개가 아니라 entrance pupil (빛의 입사면)이라는 단어를 씁니다.  Entrance Pupil이란 가상의 조리개입니다.  만약 조리개 앞에 있는 유리들이 없었다면 - 이라는 가상을 하는것이죠.  그래서 실제 f-stop의 비율은 초점거리와 조리개의 비율이 아니라 조첨거리와 Entrance Pupil의 비율이라고 하는 것입니다. 

 

...

 

하지만 너무 복잡해지니까 지금은 그냥 초점거리와 조리개의 비율이라고 해두죠.  이해하는것은 그것이 더 편합니다.  대신 실제 비율은 약간 틀리다는것만 아시면 됩니다. 

 

 

 

그러면 이런 질문을 하시는 분들도 있죠:

 

"왜 조리개의 지름이 아닌, 비율을 쓰는겁니까?  그냥 조리개의 지름을 쓰면 커질수록 빛이 많이 들어오게 되고, 더 편하지 않습니까?  괜히 f-어쩌구 저쩌구 할 필요도 없이, 그냥 밀리미터로 편하게..."

 

답은 아니오, 그냥 지름으로 표시를 하면 문제가 많아집니다.  하지만 그 이유를 알기 전에 빛에 대한 상식 2가지를 알면 좋습니다:

 

1. 조리개의 지름이 2배로 커지면 구멍의 면적은 4배로 늘어난다.  고로 빛의 양도 4배 많아진다.

 

2. 빛의 거리가 2배 늘어나면 빛의 양은 1/4로 줄어든다. 

 

*특히 스트로보나 조명을 쓸때 2번이 중요하죠, 하지만 스트로보나 조명은 나중에...

 

 

위에 있는 상식 두가지를 이해하셨나요?  그럼 문제를 하나 내겠습니다. 

 

렌즈1: 100mm 렌즈에 f/2면 조리개의 지름은?  50mm입니다.

 

렌즈2: 200mm 렌즈에 f/2면 조리개의 지름은?  100mm입니다.

 

어느 렌즈의 광량이 더 많을까요?

 

 

첫번째 상식을 써서 두 렌즈를 살펴보도록 하죠.  지름은 2배 차이가 나죠?  (50mm와 100mm)  첫번째 상식만 본다면 두번째 렌즈가 4배 밝아야 합니다.

 

두번째 상식: 초점거리가 2배 차이가 나죠?  (100mm와 200mm)그 뜻은 렌즈에서 센서의 거리가 2배 차이가 난다는 것이고, 그럼 두번째 렌즈의 광량은 1/4배로 줄어들겠군요.

 

상식을 종합하면:  렌즈1과 비교하면 2번째 렌즈에 빛이 4배 더 들어오지만, 초점거리 때문에 다시 4배 줄어들죠?  다시 말해서 광량은 똑같습니다. 

 

f/2 와 f/8의 광량을 비교해볼까요?  초점거리나 조리개의 지름을 알 필요도 없습니다.  다른 요소들이 (셔터스피드나 외부에서 오는 빛) 똑같다는 가정아래 f/2가 훨씬 더 밝습니다.

 

하지만 조리개의 지름만 알려드리면?  예를 들어서 지름이 30mm인 렌즈와 60mm인 렌즈가 있다는 가정아래, 어떤 렌즈의 광량이 더 많을까요?  답은 알수 없습니다.  왜냐하면 렌즈들의 초점거리를 모르기 때문이죠.  얼핏보면 지름이 60mm인 렌즈가 더 밝다고 생각할수도 있으나, 만약 지름이 60mm인 렌즈의 초점거리는 360mm고, 지름이 30mm인 렌즈의 초점거리는 60mm라면 당연히 30mm렌즈가 더 밝겠죠?

 

아무리 조리개의 지름이 커도, 초점거리가 그 이상으로 크면 광량은 상대적으로 줄어듭니다.  그 반대로 아무리 조리개의 지름이 작아도, 초점거리가 그 이상으로 줄어들면 광량은 상대적으로 많이지죠.  그래서 조리개의 실제 지름이나 초점거리보다 그 비율이 중요한것이죠.

 

외부에서 들어온 빛이 렌즈에 통과하는 양은 오직 f값에 의해서 결정됩니다. 

 

그 들어온 빛을 센서에 얼마나 오래동안 기록하느냐 - 이것이 바로 셔터 스피드고요.

 

그리고 센서나 필름이 빛에 얼마나 민감하게 작용하냐 - 이것이 바로 ISO 입니다.

 

 

 

그리고 마지막 질문!  왜 숫자들이 루트2 로 늘어나는지 궁금해요!

 

먼저 ISO는 1-stop당 두배로 늘어나죠?:                    100, 200, 400, 800, 1,600

셔터스피드도 1-stop당 (거의)두배로 늘어납니다:       1초, 1/2초, 1/4초, 1/8초, 1/15초, 1/30초, 1/60초

 

따라서 ISO나 셔터스피드는 1-stop당 들어오는 빛은 2배로 차이나게 됩니다.  그러면 당연히 조리개의 수치도 1-stop 마다 2배로 커지거나 작아져야겠죠? 

 

얼핏보면 2배로 달라지는것이 아닌것처럼 보입니다.  다시 보시죠:  f/1, f/1/4, f/2, f/2.8, f/4, f/5.6

 

하지만 저게 2배로  달라지고있는 것입니다!  단지 면적이 두배로 작아지고 있는 것이죠.

 

이것을 이해하려면 초등학교에서 배운 수학 공식이 필요합니다.  원의 면적이 기억나시나요?  3.14 x r2

 

바로 이 공식 덕분입니다.  "r" 바로 옆에 √2를 집어 넣으면 면적이 어떻게 되겠습니까?  당연히 2배로 커지겠죠?  똑같은 초점거리에서 조리개의 지름을 √2 의 지수(exponent)로 변화를 주기 시작하면 면적은 2배로 차이가 나기 시작합니다. 

 

초점거리가 1mm이고, 조리개의 지름도 1mm인 렌즈가 있다고 합시다.  그럼 이(말도 안되는)렌즈의 f-stop은 f/1이겠죠?

 

이제 초점거리는 그대로 두고, 조리개의 면적을 반으로 줄이고 싶으면? 

 

...

 

f/stop은 바로 1/√2 즉 1/1.4가 되야 됩니다.

 

 

 

                                                             공식 3.14 x r2                            렌즈의 f-stop들

 

원래 면적 (√2)0 :                                    3.14 x (1/1)2 = 3.14            이 렌즈의 f-stop은 1/1, 즉 f/1

 

면적을 반으로 줄이고 싶으면 (√2)1:           3.14 x (1/√2)2 = 1.57          이 렌즈의 f-stop은 1/√2  즉 f/1.41

 

또 반으로 줄이고 싶으면 (√2)2 :                3.14 x (1/2)2  =  0.785         이 렌즈의 f-stop은 1/(√2)2  즉 f/2

 

또 반으로 줄이고 싶으면 (√2)3:                  3.14 x (1/2√2)2  = 0.393     이 렌즈의 f-stop은 1/(√2)3 즉 f/2.8

 

 

얼핏보면 아닌것 같지만 면적이 2배로 늘어나거나 줄어들고 있는 중입니다. 3.14, 1.57, 0.785...

 

...


그럼 이제 제가 마지막으로 질문을 하겠습니다.  55-200mm f/4~f/5.6 렌즈와 70-200mm 2.8의 크기/가격 차이는 얼마나 날까요?  (캐논은 55-250)

 
한번 생각해 보시죠.  크기는 알아 맞출수 있을것입니다 - 70-200은 대포죠.  50-200mm은 권총수준?  가격은.. 거의 6~9배?  정도 차이가 납니다.  물론 70-200이 더 비싸죠. 


 ...

 

쉽게 쓴다고 해놓고 어렵게 썼는지 모르겠네요.  그리고 지금 너무 피곤한 관계로 다시 읽어보지 않아서 틀린 부분이 있을수도 있습니다.  다음 글은 쉽고 짧고 실용적인 것으로 쓸께요.