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4.1 Schwarzweißfilme

4.1.5 Die Schwärzungskurve

Im Jahre 1890 wurde die Schwärzungskurve durch den Schweizer Ferdinand Hurter (1844-1898) und den Engländer Vero Charles Driffield (1848-1915) populär. Sie beschreibt die Stärke der Schwärzung auf der Filmschicht, die durch unterschiedliche Lichtmengen während der Belichtung verursacht wird. Jeder Punkt auf der Schwärzungskurve bedeutet: Lichtmenge x verursacht auf dem Film Lichtundurchlässigkeit (Schwärze) y. Die Filmhersteller liefern auf Wunsch zu ihren Filmen Datenblätter mit Schwärzungskurven aus, die der Fotograf zum Bestimmen der richtigen Belichtung gut gebrauchen kann.

Aus der Schwärzungskurve lässt sich ablesen, wie Helligkeitsunterschiede im Motiv als Helligkeitsunterschiede auf dem Film wiedergegeben werden. Für eine "naturgetreue" Wiedergabe sollte eine doppelt so helle Motivstelle im späteren Bild auch doppelt so hell erscheinen, eine dreifach hellere dreimal so hell und so weiter.

Abbildung 4.4 zeigt die Schwärzungskurve eines Schwarzweißnegativfilms. Waagrecht ist die Lichtmenge, die den Film belichtet, abzulesen. Je weiter man nach rechts geht, desto heller ist das Licht. Senkrecht kann man die Stärke der Schwärzung ablesen, die durch eine bestimmte Lichtmenge verursacht wurde. Je weiter oben abgelesen wird, desto stärker ist die Schwärzung und um so dunkler das Negativ. Zum Ablesen geht man von einer Lichtmengenstelle auf der waagrechten Achse senkrecht nach oben, bis man auf die Kurve trifft. Auf der senkrechten Achse kann man für diesen Punkt entnehmen, welche Schwärzung die Lichtmenge verursacht hat.

Die Maßeinheiten der Lichtmenge sind Luxsekunden (Beleuchtungsstärke in Lux mal Belichtungszeit in Sekunden) als sogenannte Logarithmen mit der Basis 10, die Hochzahlen von 10. Potenziert man 10 mit diesen Zahlen, erhält man die direkten Werte. Die Zahl 1 bedeutet 10, 10 hoch 1 ist 10. Die Zahl 2 steht für 100 (102=100) und die Zahl 3 für 1000 (103=1000) und so weiter. Man kann 10 mit nicht ganzzahligen Werten potenzieren, zum Beispiel mit 0,1, 0,3 oder 1,5 und mit negativen Zahlen, zum Beispiel -1 oder -2,5 (So ist das Ergebnis kleiner als 1 und größer als 0). Mit einem Taschenrechner lassen sich die Ergebnisse ausrechnen.

Von einer Zahl zur nächsten, die um 1 größer ist, verzehnfacht sich die den Film belichtende Lichtmenge. Ein Schritt um 0,3 nach rechts bedeutet eine Verdoppelung der Lichtmenge, 100,3 = 2.

Die Zahlen auf der senkrechten Achse beschreiben die Stärke der Schwärzung in Dichtewerten. Die Dichte ist ein Maß für die Lichtundurchlässigkeit des Films und größer, wenn weniger Licht hindurch geht. Zu ihrer Bestimmung schickt man Licht durch das Negativ und misst die Lichtmenge, bevor das Licht durch das Negativ geht, und die Lichtmenge, die das Negativ passiert hat. Das Verhältnis der eingestrahlten Lichtmenge zur durchgelassenen Lichtmenge wird als Opazität bezeichnet. Lässt eine Negativstelle 1/100 des Lichts hindurch, ist die eingestrahlte Menge 100 mal so groß wie die durchgelassene Lichtmenge und die Opazität 100.

Die Dichte ist der Zehner-Logarithmus der Opazität. Der Dichtewert 2 besagt, der Film lässt 1/100 der Lichtmenge hindurch, die Opazität ist 100 und der Zehnerlogarithmus von 100 ist 2 (102=100). Die Zahl 3 beschreibt ein ziemlich dunkles Negativstück: Vom eingestrahlten Licht wird nur der tausendste Teil hindurchgelassen (103=1000).

Betrachten wir Abbildung 4.4. Die Kurve beginnt links etwas oberhalb der Dichte Null. Dieser Bereich ist mit der Ziffer 1 gekennzeichnet und wird (Grund-) Schleier genannt. Er entsteht durch den Entwickler. Bei unbelichteten Bildstellen erzeugt der Entwickler geringe Mengen Silber, so dass der Film dort nicht das gesamte Licht durchlässt, sondern etwas weniger. Im Schleier verläuft die Kurve parallel zur Lichtmengenachse.

Abbildung 4.4: Schwärzungskurve eines Schwarzweißnegativfilms. Die Zahlen auf der waagrechten Achse sind die Lichtmengen in Luxsekunden. Auf der senkrechten Achse ist die Negativdichte (Lichtundurchlässigkeit) aufgetragen. Die Abstufung ist logarithmisch. Ist die Zahl um 1 größer, ändern sich Lichtmenge und Dichte um das 10-fache. 1=Schleier, 2=Durchhang (Schwelle), 3=geradliniger Teil, 4=Schulter, 5=Maximaldichte

Erst ab einer bestimmten Lichtmenge wird der Film stärker geschwärzt als durch die schleiernde Wirkung des Entwicklers. Dort beginnt die Kurve nach oben zu verlaufen, zu steigen. Der mit Ziffer 2 gekennzeichnete Teil heißt Durchhang.

Die Filmempfindlichkeit wird 0,1 Dichteeinheiten oberhalb des Schleiers gemessen: Man geht von der senkrechten Achse ab dem Schleierwert um 0,1 Einheiten nach oben und nach rechts bis zur Kurve. Wo man diese trifft, lässt sich auf der waagrechten Achse die Lichtmenge ablesen, die den Film für das Auge sichtbar stärker schwärzt als der Grundschleier. Je geringer die dazu notwendige Lichtmenge ist, desto lichtempfindlicher ist der Film (größere ASA-Zahl).

1 DIN Empfindlichkeitsunterschied ist ein Dichteunterschied von 0,1. Wird ein um 1 DIN lichtempfindlicherer Film von der gleichen Lichtmenge belichtet, ist seine Dichte um 0,1 größer. Das ist linear das 1,26-fache (100,1=1,26). Der Meßpunkt der Empfindlichkeit ist in Abbildung 4.4 mit dem Buchstaben "E" gekennzeichnet.

Nach Ziffer 2 verläuft die Kurve in etwa geradlinig (Ziffer 3). Dieser Bereich bestimmt die wesentlichen Eigenschaften des Films und die Belichtungsmessung. Der geradlinige Kurventeil bestimmt, wie Unterschiede in der Motivhelligkeit abgebildet werden. Diese können sich wie in Wirklichkeit verhalten, stärker oder schwächer. Eine doppelt so helle Motivstelle kann auf dem Film doppelt so dunkel erscheinen (Negativfilm, beim Diafilm doppelt so hell) oder weniger oder mehr.

Ab Ziffer 4 verläuft die Kurve wieder flacher. Dieser Bereich wird als Schulter bezeichnet. In der Schulter und im Durchhang werden unterschiedliche Motivhelligkeiten weniger verschieden als in Wirklichkeit wiedergegeben. Doppelt so helle Motivstellen in Schulter und Durchhang erscheinen auf dem Negativfilm weniger als doppelt so dunkel.

Ziffer 5 in Abbildung 4.4 ist der höchste Punkt der Kurve und heißt Maximaldichte. Dort ist der Film am dunkelsten und lässt am wenigsten Licht hindurch.

Durch eine noch stärkere Belichtung, welche die Maximaldichte verursacht, verliert der Film wieder an Dichte. Die Kurve verläuft nach unten; die Aufnahme "kehrt sich um". Dieser Bereich wird als Solarisationsbereich bezeichnet und für Direktpositivmaterial (Diafilme) genutzt. Dazu werden die Filme vor der Belichtung bis zur Maximaldichte geschwärzt. Die Entwicklung nach erneuter Belichtung erzielt Diapositive.

Der geradlinige Teil der Schwärzungskurve kann flach verlaufen oder steil. Eine geringe Kurvensteigung bedeutet, Helligkeitsunterschiede des Motivs werden auf dem Film weniger unterschiedlich wiedergegeben. Ein starke Steigung bedeutet, Motivhelligkeitsunterschiede fallen auf dem Film stärker aus. Steigt der geradlinige Kurventeil im 45°-Winkel, erscheinen Unterschiede in der Motivhelligkeit auf dem Film gleichermaßen.

In Abbildung 4.4 ist der geradlinige Kurventeil durch eine gestrichelte Linie verlängert. Im Schnittpunkt der Verlängerung mit der horizontalen Achse ist der Buchstabe α (griechischer Buchstabe klein Alpha) eingezeichnet, der den Winkel der Kurvensteigung im geradlinigen Mittelteil bezeichnet. In der Abbildung ist er etwas größer als 45°. Geht man von einer Zahl auf der Lichtmengenachse zur Kurve hoch, anschließend nach links und wiederholt das mit einer anderen Zahl, stellt man fest, die Differenz zwischen den beiden Zahlen auf der senkrechten Achse ist größer als auf der waagrechten. Das bedeutet, Motivhelligkeitsunterschiede, zum Beispiel das 2-fache, sind auf diesem Film stärkere Dichteunterschiede, zum Beispiel das 2,25-fache.

Die Steigung der Kurve wird als Gammawert (γ) bezeichnet. Er ist der Tangens, eine Winkelfunktion, des eingezeichneten Winkels α. Je größer der Gammawert ist, desto stärker steigt die Kurve.

Die Filmentwicklung beeinflusst den Gammawert. Entwickelt man den Film länger, nimmt der Gammawert zu, kürzere Entwicklungszeiten verringern ihn.

Der Gammawert wird auch als Gradation des Films bezeichnet. Steigt die Kurve schwach, der Winkel α ist weniger als 45° und der Gammawert kleiner als 1, spricht man von einer flachen Gradation. Man sagt auch, der Film arbeitet weich und besitzt viele Graustufen. Steigt die Kurve stärker als 45° an, spricht man von einer steilen Gradation. So werden Helligkeitsunterschiede verstärkt. Der Film arbeitet hart und besitzt weniger Graustufen als ein weich arbeitender. Negativfilme haben üblicherweise einen Gammawert von 0,6 bis 0,7, Diafilme einen von 1,5.

Diafilme haben eine steile Gradation, damit sie im Durchlicht der Projektion brillant erscheinen. Negativfilme haben eine flache Gradation, damit nach Umkopieren auf Fotopapier die Bilder nicht zu hart sind und möglichst viele Motivdetails im Film erkennbar.

Die Schwärzungskurve hilft bei der Ermittlung der Belichtung. In Abbildung 4.5 ist die Schwärzungskurve aus Abbildung 4.4 zu sehen mit eingezeichnetem Intervall der richtigen Belichtung.

Abbildung 4.5: Belichtungsspielraum eines Schwarzweißnegativfilms. Ist das Belichtungsintervall – der Helligkeitsumfang des Motivs – geringer als das Intervall der richtigen Belichtung – der maximale Helligkeitsumfang, den ein Film wiedergeben kann – hat der Film einen Belichtungsspielraum. Der Fotograf kann kürzer oder länger belichten als der Belichtungsmesser anzeigt.

Jedes Motiv hat von der hellsten bis zu dunkelsten Stelle einen Helligkeitsumfang, der als Motivkontrast bezeichnet wird. Ist die hellste Motivstelle 30 mal heller als die dunkelste, beträgt der Helligkeitsumfang 1:30. Der geradlinige Kurventeil in der Abbildung geht über etwa 1,5 Einheiten. Das ist ein Belichtungsumfang von rund 1:30 (101,5). So kann ein Motiv mit einem Helligkeitsumfang bis 1:30 in seiner gesamten Helligkeitsabstufung wiedergegeben werden.

In der Natur ist der Helligkeitsumfang des Motivs oft größer als 1:30. Der Film in Abbildung 4.5 kann aber nur Helligkeitsumfänge bis 1:30 bewältigen. Das bedeutet, in diesem Fall kann nur ein bestimmter Motivbereich wiedergegeben werden. Der Rest des Motivs erscheint auf dem Film schwarz oder weiß.

Ist der Helligkeitsumfang des Motivs geringer als der Belichtungsumfang des Films, hat der Film einen Belichtungsspielraum. In der Abbildung 4.5 ist das Belichtungsintervall – der Helligkeitsunterschied im Motiv – geringer als das Intervall der richtigen Belichtung (Belichtungsumfang des Films). Somit besitzt der Film einen Belichtungsspielraum. Das Belichtungsintervall lässt sich innerhalb des Intervalls der richtigen Belichtung hin- und herschieben. Der Fotograf kann kürzer oder länger belichten. Er wird normalerweise eine kürzere Belichtungszeit wählen, um das Bild weniger zu verwackeln.

Der Belichtungsumfang eines Films hängt von seiner Art (Diafilm, Negativfilm, Farbe, Schwarzweiß), Lichtempfindlichkeit und Entwicklung ab. Diafilme können einen Motivkontrast bis etwa 1:64 bewältigen (6 Blenden), Negativfilme mehr. Man kann von mindestens 10 Blenden ausgehen (1:1024).

Erik Krause wollte wissen, wie groß der Dynamikumfang (Belichtungsumfang, Intervall der richtigen Belichtung) eines Negativfilms ist und fotografierte dazu aus einem Zimmerfenster. Er maß 13 Blenden Unterschied zwischen dunkelster und hellster Motivstelle, belichtete 4 Bilder jeweils mit 8-fachem Lichtemengenunterschied (3 Blenden) auf Farbnegativfilm (Fuji Reala) und scannte die (entwickelten) Testnegative. 4 und 7 Blenden knapper belichtet als der Belichtungsmesser für die dunkelste Stelle anzeigte, enthielt das Negativ praktisch alle Motivdetails (7 Blenden weniger ließen sich per Bildbearbeitung besser korrigieren). So hat der getestete Negativfilm einen Belichtungsumfang (Intervall der richtigen Belichtung) von mindestens 13 Blenden.

Hochempfindliche Schwarzweißfilme verkraften Helligkeitsunterschiede bis 1:2000. Problematisch ist die Vergrößerung auf Fotopapier, das normalerweise nur Negativkontraste von 1:16 bis 1 : 32 wiedergeben kann. Größere Helligkeitsunterschiede lassen sich während der Belichtung auf Papier bewältigen, indem man zu dunkle Negativstellen länger belichtet (nachbelichten) und zu helle kürzer (abwedeln): Ein lichtundurchlässiges Objekt, zum Beispiel ein Stück Papier, wird während der Belichtung über der hellen Stelle hin und her gewedelt, damit es keine scharfen Konturen hinterlässt).

Der Belichtungsspielraum eines Farbdiafilms ist nur gering, trotz seiner Fähigkeit, einen großen Motivkontrast wiederzugeben, die Belichtungsintensität beeinflusst wesentlich die Farbwiedergabe. Schauen Sie sich die Farbdichtekurven in Abbildung 4.12 an: Geringe Belichtungsunterschiede bewirken eine relativ große Farbdichteänderung. Angenommen ein "mittelhelles" Grün soll auf dem Dia auch mittelhell erscheinen. Es ist so zu belichten, dass es sich in der Abbildung 4.12 auf der Farbdichtekurve etwa bei der Belichtungsintensität von -1,25 befindet.

Eine Abweichung auf eine Intensität von -1,5 bewirkt eine größere Farbdichte. Das Grün erscheint dadurch dunkler als "in Wirklichkeit". Kritisch wirkt sich das bei menschlicher Haut aus, die unnatürlich wirkt.

Während man Dias direkt betrachtet, schaut man Negative nicht direkt an, sondern die aus den Negativen gewonnenen Papierbilder. Abweichungen in der Negativbelichtung kann man während des Vergrößerns auf Fotopapier ausgleichen. Man belichtet das Fotopapier länger oder kürzer.

Der Unterschied des Belichtungsspielraums zwischen Negativ- und Diafilm soll anhand eines weiteren Beispiels betrachtet werden: Man porträtiert jemanden. Sein Gesicht hat mittelhelle Haut. Der Hintergrund ist weiß und ohne Struktur. Er spielt keine Rolle bei der Belichtung, auf ihm braucht nichts zu erkennen sein. Hätte der Hintergrund eine Struktur, die erkennbar sein sollte, müsste er bei der Belichtung berücksichtigt werden. Beim Negativfilm könnte er beliebig innerhalb der Schwärzungskurve abgebildet werden, solange das Gesicht noch Zeichnung hat (auf der Steigung der Schwärzungskurve liegt). Beim Diafilm hat das Porträt – die Helligkeit der Haut – Vorrang. Man würde die Helligkeit des Hintergrunds an das Porträt anpassen oder umgekehrt.

Wird beim Diafilm das Gesicht am "hellen" oder "dunklen" Ende des Intervalls der richtigen Belichtung abgebildet, ist es zu hell oder zu dunkel und hat eine unnatürliche Farbe. Auch wenn alle Gesichtsdetails erkennbar sind, empfindet der Betrachter die Gesichtswiedergabe als unnatürlich, die Hautfarbe ist ein wichtiges Merkmal des Menschen.

Der Diafilm wird so belichtet, dass das mittelhelle Gesicht auch einen "mittleren" Belichtungseindruck hinterlässt. Entsprechend sollte ein dunkles Gesicht einen geringeren Belichtungseindruck (größere Dichte im Dia nach der Entwicklung, hält mehr Projektionslicht ab) hinterlassen und ein helleres Gesicht einen stärkeren (geringere Dichte im Dia nach der Entwicklung, hält weniger Projektionslicht ab).

Beim Negativfilm kann ein Gesicht beliebiger Farbe innerhalb des Intervalls der richtigen Belichtung praktisch auf jeden Punkt des geradlinigen Teils der Schwärzungskurve liegen. Man achtet beim Vergrößern darauf, dass auf dem Papierbild die Hautfarbe in der richtigen Helligkeit erscheint.

Am besten ermittelt der Fotograf den Belichtungsumfang seiner Filme durch einen Test. Dazu fotografiert er eine gleichmäßig schattenfrei beleuchtete markante Oberflächenstruktur, zum Beispiel ein rauhes Handtuch. Die Farbe des Objekts sollte ein mittelhelles Grau sein. Zuerst belichtet er genau nach Belichtungsmesseranzeige. Anschließend wird bei gleichbleibender Blende mit den nächsten 6 kürzeren, anschließend mit den 6 folgenden längeren Belichtungszeiten fotografiert. Ermittelt man zum Beispiel 1/30 Sekunde bei Blende 16, fotografiert man außer mit dieser Einstellung bei Blende 16 noch mit 1/60, 1/125, 1/250, 1/500, 1/1000 und 1/2000 Sekunde und anschließend mit 1/15, 1/8 1/4, 1/2 Sekunde. Man belässt 1/2 Sekunde und verstellt die Blende einmal auf 11, einmal auf 8, bei manchen Filmen verringert sich die Empfindlichkeit bei Belichtungszeiten von 1 Sekunde und länger.

Der Film wird wie üblich entwickelt. Das hellste und dunkelste Negativ oder Dia, auf dem man die Oberflächenstruktur noch erkennen kann, markieren die Grenzen des Belichtungsumfangs. Er ist 1 zu 2 hoch Anzahl der Bilder mit erkennbarer Objektstruktur. Wenn auf 10 Bildern eine Struktur zu sehen ist, beläuft sich der Belichtungsumfang auf 1:210, das ist etwa 1:1000. Man wird feststellen, dass sich an den Grenzen die hellsten und dunkelsten Bilder kaum unterscheiden. Das vorletzte Bild ist fast genauso dunkel wie das letzte, bzw. genauso hell. Außerdem sind die zu reichlich belichteten Fotos unschärfer. Der für die bildnerische Fotografie nutzbare Bereich zeichnet sich durch gute Erkennbarkeit der Struktur sowie Unterscheidbarkeit der verschieden belichteten Bilder aus. Man sollte lediglich diesen Bereich für die Belichtungsmessung heranziehen.

Moderne Schwarzweißfilme besitzen nicht unbedingt einen geradlinigen Mittelteil in der Schwärzungskurve, haben auch keinen Gammawert, sondern einen Betawert, auf den hier nicht näher eingegangen wird. Bei gleicher Gradation sind Betawerte etwas niedriger als Gammawerte. Während Gammawerte normaler Filme um 0,6 bis 0,7 liegen, sind deren Betawerte 0,55 bis 0,6.

Die Gradation eines Schwarzweißfilms kann innerhalb gewisser Grenzen durch die Entwicklung verändert werden. Eine verlängerte Entwicklung erhöht die Gradation und verringert den Belichtungsumfang, eine Verkürzung der Entwicklungsdauer führt zu einer flacheren Gradation und erhöhtem Belichtungsumfang. Die Belichtung wird verringert bei längerer Entwicklung und vergrößert bei kürzerer Entwicklung. Auskunft über die genauen Belichtungs- und Entwicklungsveränderungen geben Datenblätter von Firmen, die Entwicklungschemikalien herstellen. Der Fotograf ist so in der Lage, durch gezielte Belichtung und Entwicklung Motive mit einem größeren oder geringeren Helligkeitsumfang als derjenige, für den der Film normalerweise ausgelegt ist, gut abgestuft wiederzugeben.

Elmar Baumann, Januar 1996.

Letzte Bearbeitung: November 2005.