Wie schnell ist mein Blitz, Fritz? (1. Akt)

Wie schnell ist mein Blitz, Fritz? (1. Akt)

Klar, simple Sache: Blitz an, Bewegung eingefroren. Aber wie schnell ist eigentlich ein Fotoblitz?
Ich messe ich die Geschwindigkeit des Blitzes mit Hilfe der im Computer eingebauten Soundkarte, der kostenlosen Software Audacity, einer schnellen Fotodiode und eines SMD-Widerstandes. Materialkosten unter 1€.

Ich habe mal nachgemessen, wie schnell eigentlich mein Blitz, ein Metz 48 AF-1 O ist. Dafür habe ich eine sehr schnelle (5 ns) Fotodiode SFH 203 von Siemens mit einem kleinen SMD Widerstand (10 Ω) kurzgeschlossen. Dieser Quasi-Kurzschlussbetrieb liefert recht genaue Ergebnisse für die Messung der Bestrahlungsstärke.

Eigentlich ist 10 Ω noch ein ziemlich großer Widerstand, aber ich wollte es schnell und pragmatisch haben, der Widerstand ist also für mich eine Art Transimpedanzverstärker für Arme. Ein bisschen Kurzschluss über einen so lala Widerstand, an dem dafür eine noch messbare Spannung abfällt. Die Spannung habe ich dann direkt ohne weitere Bauteile mit der Soundkarte meines Laptops gemessen.

Den Blitz habe ich auf maximale Geschwindigkeit gestellt, also auf geringste Leistung. Wenn Du das ausprobierst, denke daran, dass manche Soundkarten das Signal invertieren, der Peak läuft dann nach unten, statt nach oben, aber das stört ja nicht weiter.

So sieht das also bei mir aus:

Jetzt noch schnell in Peakbreitologie promovieren: Man kann die Breite eines solchen Peaks, also die Blitzdauer, nach allerhand verschiedenen Konventionen angeben. Schau einfach hin, ich sage: ein bisschen schmaler als 50 µs, vielleicht 40 µs? Also in Fotografensprech irgendwo zwischen 1/20000 s und 1/25000 s. Ziemlich schnell das!

Und wie langsam ist der Blitz mindestens? So sieht meine Messung aus:

Jetzt wird es schon relevant, dass man natürlich nicht die Zeit angibt, bis die Blitzintensität auf 0 abgesunken ist. Ich sage, dass bei dieser Messung – Blitz so langsam wie möglich – die Blitzdauer nach etwa 5 ms auf 90% der Maximalintensität abgesunken ist. Das ergibt entsprechend eine Belichtungszeit von grob 1/200s.

Ach ja, one more thing, weil ich die Fotodiode eh schon angeworfen hatte, habe ich gleich noch einen Blick auf das so genannte HSS Blitzen geworfen. Was ist das? Kuckst du hier. Nur ganz kurz: Die an der Kamera eingestellte Belichtungszeit ist beim Blitzen meist verwirrend lang. Je nach Kamera kann man dort Zeiten in der Region um 1/160 s einstellen. Das hat gute Gründe, stört aber manchmal, weil der Sensor dann nicht nur vom Blitz, sondern auch vom Tageslicht belichtet wird. Mit HSS kann man an der Kamera extrem kurze Zeiten einstellen, bei mir geht 1/4000 s als Minimum.

In der Messung sieht man, dass der Blitz nicht exponentiell ausläuft, das liegt daran, dass es sich eigentlich nicht um einen einzelnen Blitz, sondern um eine sehr schnelle Folge einzelner sehr kurzer Blitze handelt. Deswegen ist dieser Modus auch gar nicht gut geeignet um Bewegungen einzufrieren, schließlich ist die 1/4000 s Belichtungszeit in diesem Modus deutlich langsamer als die kurzen Blitzdauern bei langsamer Synchronisation (siehe oben) und ausserdem würde man von einer schnellen Bewegung mehrere Schattenbilder sehen, denn eigentlich handelt es sich beim HSS Blitzen um einen sehr schnellen Stroboskop-artigen Blitz.

Im nächsten Projekt fotografiere ich ein definiert bewegliches Objekt um zu sehen, wie sich die Blitzdauer auf die Bewegung auswirkt.


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DIYMessung

8 comments

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  1. Andreas Beitinger
    Andreas Beitinger 19 März, 2014, 12:05

    Habe meine Ergebnisse jetzt hier veröffentlicht:
    http://www.dslr-forum.de/showthread.php?p=12078904#post12078904

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  2. Dr. Stack van Hay
    Dr. Stack van Hay Author 18 März, 2014, 20:45

    Ich bin auch begeistert! Schön, dass die poor man´s Version doch was taugt!

    Vielen Dank auch für Deine Berichte und Versuche, das wird bestimmt für manch anderen sehr informativ sein!

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  3. Andreas Beitinger
    Andreas Beitinger 18 März, 2014, 19:59

    Die Verwendung eines 10 Ω SMD-Widerstandes änderte gegenüber meiner ursprünglichen Konstellation leider gar nichts.

    Aber was offenbar großen Einfluss hat, ist die Soundkarte. Ich habe jetzt eine andere in Verwendung und komme so schon zu recht sauberen Kurven ohne den Anfangsschwanz in Gegenrichtung.
    Habe so z. B. bei meinem Metz in 1/2 Leistungsstufe eine Gesamt-Leuchtdauer von 53 Samples bei 44,1 kHz gemessen, was 1/832 Sekunde entspricht. Metzt gibt 1/900 an, was recht gut hinkommt. Bei 1/16 sind es noch 9 Samples, also 1/4900 Sekunde – gegenüber 1/6000 Sekunde, die Metz nennt. Auch das passt in Anbetracht der groben Sample-Stufen sehr gut.

    Ich bin begeistert und werde bei Gelegenheit weitere Blitze testen. Die Sache mit der Verstärkungsschaltung hat sich dann erst mal erledigt…

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  4. Andreas Beitinger
    Andreas Beitinger 14 März, 2014, 18:15

    Danke für das super Angebot! Eventuell komme ich in Kürze darauf zurück.
    Jetzt habe ich mir erst mal SMD-Widerstände bestellt, in der Hoffnung, Deine Schaltung 1:1 nachahmen zu können.
    Was Soundkarten (und Mic-Vorverstärker) angeht, habe ich hier einiges zur Auswahl, was ich dann noch durchtesten kann. Daran soll es also nicht scheitern.
    Wenn das Ganze gut funktioniert und „von jedermann“ nachzubauen ist, gibt es dafür bestimmt noch weitere Interessenten. Etwa im DSLR-Forum ist das Thema Blitzleuchtzeit ein Dauerbrenner – und kaum jemand hat die nötige Technik im Haus, um das einfach mal nachzumessen.

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  5. Andreas Beitinger
    Andreas Beitinger 14 März, 2014, 09:05

    Danke für Deine schnelle Antwort!
    Leider bin ich nicht so der große Elektronik-Experte. Ich kann nach Anleitung was zusammenlöten, aber verstehe solche Schaltungen und den Sinn der einzelnen Bauteile nur sehr bedingt. Okay, einen Widerstand und das Ohmsche Gesetz kenne ich noch, und die Funktion einer normalen Diode verstehe ich auch, aber bei Fotodioden, Operationsverstärkern etc. habe ich Nachholbedarf…

    Ich hatte die „Fotodiode-Widerstand-Kombi“ zunächst über einen Mixer angeschlossen, weil ich dachte, ich müsste das Signal deutlich verstärken wie ein Mikrofon-Signal. Dann zeigte sich aber, dass die Diode bei kurzem Blitz-Abstand schon genug Pegel für den Line-Eingang liefert. So habe ich die Aufnahme direkt am Line-In meiner externen USB-Soundkarte gemacht.

    Hier jedenfalls zwei Kurven meines Metz 50 AF-1 (ist das Nachfolgemodell Deines 48 AF-1, von daher wird sich das Verhalten nicht groß unterscheiden).

    Zunächst die beiden Gesamtkurven, oben für 1/1 und unten für 1/128 Leistung:
    http://pixab.de/blitzaudio1.png

    Hier noch die Vergrößerung des Anfangs:
    http://pixab.de/blitzaudio2.png

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    • Dr. Stack van Hay
      Dr. Stack van Hay Author 14 März, 2014, 16:08

      Hallo Andreas,

      hmm, das sieht nicht gut aus! Ehrlich gesagt habe ich keine Ahnung. Der Koppelkondensator am Eingang der Soundkarte müsste eigentlich durch den 10 Ω Widerstand zuverlässig leer sein, aber dahinter gibt es bestimmt noch andere. Hab da gerade mal mit einem Freund drüber gesprochen, vermutlich hängt es einfach von der Soundkarte ab! Vermutlich gibt es durch die nicht perfekt kurzgeschlossene Fotospannung relativ langsame Umladevorgänge in der Nähe der Karte.

      Ich könnte dir anbieten, dass ich mal die Schaltung ausprobiere, die ich gestern gezeichnet habe, ich könnte auch gleich zwei Platinen ätzen und wenn sie funktioniert, kann ich dir eine gegen Briefporto schicken. Wie wäre das? Ich könnte für mein Projekt sub-µs-Blitz nämlich auch eine not-so-poor-mans-Variante gebrauchen, wollte da aber eigentlich erst nächstes Jahr dran gehen. Sag einfach, ob du daran interessiert biss, dass ich es ausprobiere, wenn ja, könnte ich vielleicht schon morgen loslegen, sollte ja eigentlich nicht so der Akt sein. (Falls ich noch irgendwo eine Fotodiode finde 🙂 den Rest müsste ich da haben.

      Der Operationsverstärker als Ausgang wäre jedenfalls sicherlich in der Lage mehr Leistung für den Soundkarteneingang zu bieten und Kapazitäten zügiger umzuladen, das sollte klappen?

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  6. Andreas Beitinger
    Andreas Beitinger 13 März, 2014, 16:57

    Ich suche schon lange eine billige Methode, um den Helligkeitsverlauf von System- und Studioblitzen sichtbar machen zu können. War bisher in dem Glauben, man brauche dazu sündteure Labor-Messtechnik. Die Idee, als Aufzeichnungsgerät eine Soundkarte zu verwenden, finde ich ziemlich genial.
    Nun habe ich mir die Schaltung nachgebaut; die SFH 203 war schnell beschafft, und statt eines SMD-Widerstands mit 10Ω habe ich zwei normale Drahtwiderstände zu je 18Ω parallel geschaltet. (Die hatte ich noch in meiner Bastelkiste. Sollte doch ungefähr aufs Gleiche rauskommen.)
    Aber leider kriege ich keine so schönen Ergebnisse wie hier gezeigt. Die kurzen Messungen (Blitz auf Minimalstufe) sind ein komplett unbrauchbares Zacken-Durcheinander. Die Messungen bei höherer Blitzleistung ergeben zwar eine schöne Auslaufkurve, aber zu Beginn gibt es jedesmal einen heftigen Zacken nach unten, den ich mir nicht erklären kann.
    Jetzt frage ich mich: Wenn die Variante mit dem Widerstand ein „Transimpedanzverstärker für Arme“ ist, wie würde dann ein „Transimpedanzverstärker für Leute, die noch ein paar Euro locker machen“ aussehen – und würde der die Messung verbessern/präzisieren?

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    • Dr. Stack van Hay
      Dr. Stack van Hay Author 13 März, 2014, 17:53

      Hallo Andreas,

      hmm, ohne genaue Kurven tue ich mir etwas schwer und ich bin ja auch nur Privatfrickler und kein E-Ing.

      Also: Ich könnte mir vorstellen, dass die Artefakte, die dich stören, aus dem Zusammenspiel der Kapazität der Diode, der Induktivität der Drahtwiderstände und der Eingangskapazität der Soundkarte kommen könnten.

      Das völlig unbrauchbare Zacken-Durcheinander könnte natürlich daran liegen, dass bei diesem schnellen Impuls das Ganze auch noch anfängt zu schwingen, oder, dass der Blitz dann anders arbeitet, zum Beispiel in so einem Stroboskop / HSS Modus? Aber das kannst Du besser beurteilen, der Blitz liegt ja vor Dir.

      Ich würde mir vorstellen, dass es besser wird, wenn mann mit diesen Faktoren spielt. Vielleicht doch SMD statt Draht. Vielleicht Kabel kürzer machen oder zwei Einzeladern verwenden, wenn das vom Rauschen dann ok ist, und natürlich ein bisschen mit dem Abstand spielen. Vermutlich ist das das Hauptproblem, wenn das Signal zu groß ist, funktioniert die Soundkarte nicht so toll.

      Hmm, wie würde die not-so-poor-mans-Variante aussehen? Vielleicht so?
      TIA für Photodioden. Gefrickelt vom Privatfrickler.

      Vielleicht kann man den Cf auch weglassen, das dürfte ein bisschen Glückssache sein. Ich persönlich würde einen schnellen CMOS Operationsverstärker versuchen. Wenig Rauschen, vor allem aber wenig bias current. Vielleicht einen MAX406 oder sowas. Die sind noch einigermaßen bezahlbar (4€ oder so) oder OPA350?

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