УПРАВЛЕНИЕ УГЛОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ КАМЕРЫ,
УСТАНОВЛЕННОЙ В ОДНООСНОМ ПОДВЕСЕ

 

    Выше было показано, что подвес является неотъемлемой частью любой головки. Например, карданов подвес: устройство, обеспечивающее возможность управления вращениями камеры независимо от вращений места её установки (носителя).

    Свободные вращения твёрдого тела вокруг любой оси, например, камеры, подвешенной в кардане без трения, очень чувствительны к малейшим прикосновениям.

    Рассмотрим простейший случай: камеру в одноосном подвесе, вертикальная ось которого обозначена как Y. такой пример пояснён на рис. 8.

    Оценим, насколько чувствительна камера к внешним моментам. Для этого воспользуемся простой формулой: ускорение = сила/массу.

 

    Для угловых движений она записывается так: 

ώ=M/J.

Где ώ – угловое ускорение,

M – внешний момент,

J – момент инерции (камеры).

 

     Например, полностью оборудованная камера с компендиумом, объективом, его приводами и т. д. длиной 0,5 м и массой 20 кг имеет момент инерции около
J ≈ 6 000 г·см·с².

      Если оператор приложит к ней силу, допустим, 1кг на плече 60 см (типичная длина ручки штативной головки) то момент, приложенный к ней, можно оценить М = 1 кг х 60 см = 60 000 г·см.

     Этот момент, приложенный к твёрдому телу инерцией J ≈ 6 000 г·см·с² вызовет его угловое ускорение ώ = M / J = 60000/6000 = 10 рад/с².

Т. е. уже спустя 0,1 секунды камера будет вращаться со скоростью 1 рад/сек (≈57°/сек)!

    При угле поля зрения объектива, например, 28° (фокусное расстояние ≈ 35 мм) даже сотая часть поля зрения (0,28°) с такой скоростью будет пройдена за τ=(0,28°)/(≈57°/сек) ≈ 0,005 секунды. Практически моментально! А ведь сотая часть поля зрения (то есть сотая часть экрана) – очень заметная величина. Нестабильность кадра в 1% поля зрения иногда считают браком. Тем более, если скачок произойдёт столь быстро – за 5 милисекунд.

     Даже если ограничить момент в сто раз (вместо 1кг пусть будет 100 грамм и на плече не в 60 см, а только 6 см), но допустить реальный угол нестабильности кадра (не 0,28°, а, например, 0,05°), то время, за которое произойдёт такой скачок кадра, будет всего 80 милисекунд. Ясно, что реакции человека недостаточно, чтобы парировать даже такие небольшие возмущения (совсем не лёгкой и не маленькой) камеры. И её инерции далеко не достаточно, чтобы реальные силы со стороны рук оператора могли бы управлять её угловым движением плавно.

     Этот простой пример показывает, насколько чувствительна камера (как свободное твёрдое тело) даже к осторожным прикосновениям к ней.

     Для управления вращением камеры, как правило, нужны приводы.

     Простейшим и самым распространённым приводом головок с ручным управлением является демпфер. Крутильный демпфер, поскольку речь идёт об угловом движении – вращении.

     Крутильный демпфер развивает момент, пропорциональный угловой скорости.

     Идеальным демпфером было бы устройство, развивающее момент, пропорциональный абсолютной угловой скорости (камеры в пространстве). Такой демпфер и, соответственно, головку можно создать только с помощью гироскопов и электромоторов. Эта головка получится сложной.

     Гораздо проще – демпфер с сухим или жидкостным трением. Он развивает момент, пропорциональный угловой относительной скорости вращения. Ему нужна опора, чтобы камера вращалась относительно неё. И эта опора будет воспринимать момент, который оператор прикладывает к камере для её вращения – полезный момент (управления). Такой опорой является носитель головки.

     Самыми простыми и распространёнными приводами головок ручного управления являются (крутильные) демпферы. Качество головок – диапазон угловых скоростей, которые эти головки могут обеспечивать – напрямую определяется качеством демпферов. Его можно определить как разрешение: в насколько широком диапазоне моментов они обеспечивают угловые скорости, пропорциональные этим моментам.

      Головка высокого качества позволит управлять скоростью камеры в очень широком диапазоне скоростей. Соответственно, она будет чувствовать малейшие моменты. Небольшая сила, приложенная оператором, будет поворачивать камеру крайне медленно. В то же самое время если оператор приложит большую силу, панорама будет быстрой.

     Таким образом, головка – подобно плёнке, чувствительному элементу видеокамеры, и множеству других приборов, датчиков и приводов – имеет разрешение или динамический диапазон: отношение максимальной устойчивой угловой скорости к минимальной (с которой она позволяет поворачивать камеру). В связи с пропорциональной зависимостью скорости и силы (демпфированием)
разрешение такой простейшей головки можно оценить и как отношение максимального момента управления (силы на ручке при самой быстрой панораме) к минимальному, который способен поворачивать камеру с устойчивой минимальной скоростью.

     Каков динамический диапазон головок? Если принять, что минимальная скорость вращения – около 1 градуса в 1 мин (60 с), а максимальная – двести градусов за 1 сек, то получаем диапазон 12 000 раз! Выражаясь языком фотографов, это четырнадцать «ступеней» (   2*2*2*2*2*2*2*2*2*2*2*2*2*2   )! Даже для электронных приборов и химических процессов получить такой диапазон очень сложная задача. А для механических приборов он просто физически недостижим. Поэтому головки имеют переключатели и подстройки (демпфирования) диапазонов. Подобно тому, как коробка скоростей в автомобиле позволяет переключениями расширить диапазон его скоростей при узком диапазоне работы гидравлической машины – двигателя внутреннего сгорания.

      Наилучшую линейность и самый широкий динамический диапазон имеют жидкостные демпферы. Они достаточно просты, надёжны, неприхотливы и долговечны. Поэтому самыми лучшими сочетаниями параметров (головок ручного управления) обладают головки с жидкостными демпферами Fluid Head.

     Жидкость, однако, может течь. Чтобы прокладки удерживали её и служили долго, нужны точно изготовленные и полированные детали. Поэтому головки с жидкостными демпферами не самые дешёвые.

      Головки с демпферами на сухом трении (с фетровыми, тефлоновыми прокладками и т. п.) дешевле жидкостных. Из них не вытечет жидкость, их не нужно заправлять при изготовлении и ремонте, силой поджатия можно регулировать величину трения (демпфирования).

      Тут следует оговориться: в отличие от жидкостных демпферов, сухие – существенно менее линейные. Прямая пропорциональная зависимость между моментом, приложенным к демпферу (камере), и скоростью, которую он обеспечивает, в головках с «сухим трением» нарушена. Причина тому в природе сухого трения. Оно имеет срыв в области самых важных угловых скоростей: нулевых. Пока момент, приложенный к камере, не достигнет этой величины, камера останется неподвижной. Как только момент превысит величину срыва, трение падает и, камера набирает угловую скорость рывком. Та же проблема повторяется и при остановке панорамы (на головке с сухим трением): плавного стопа добиться трудно.

      Приведённая особенность сухого трения ярко выражена в случае трения сухих твёрдых тел, однако мягкие материалы и смазки могут в какой-то степени снижать само трение и величину его скачка на нулевых скоростях (например, тефлоновые прокладки, фетр и т. п.).

      Поэтому простейшие штативные головки, использующие сухое трение, нельзя отнести к наиболее точным.

      Итак, основным параметром простейшей головки – с жидкостным демпфированием – является коэффициент демпфирования

В = момент/угловую скорость.

      Другим важным параметром является диапазон моментов (или угловых скоростей), в котором этот коэффициент остаётся стабильным. Дело в том, что в реальных приборах практически очень трудно реализовать постоянное отношение «момент/угловую скорость». Оно всегда, какой бы точной и дорогой ни была головка, будет несколько меняться в зависимости от управляющего момента. Следовательно, будет меняться скорость панорамы. Если, например, головка на большой скорости, как ни дави на ручку, её не увеличивает (привод насыщен), это ограничит управляемость на быстрых панорамах.

     Следующий важный параметр: в каких пределах коэффициент демпфирования (В) может меняться с углом панорамы. В идеальном случае он должен быть постоянным, но на практике он постоянно меняется, влияя на скорость панорамирования помимо воли оператора.

      Например, случилось механическое повреждение головки: в каком-то положении момент увеличивается или сокращается ((В) не постоянно с углом). В этом случае панорамы такой головки обречены на рывки.

      Эти параметры важны потому, что от них зависит предсказуемость движения камеры и постоянство скорости панорамы.

      Итак, для управления угловым движением камеры вручную самые простые, надёжные, популярные и точные головки представляют собой жидкостные (крутильные) демпферы. Их задача – превратить большие моменты, которые удобно прикладывать человеку-оператору, в угловую скорость камеры. Собственно камере, как было показано выше на численном примере, моменты нужны небольшие. Привод (демпфер) загружает руку оператора моментами, которые с энергетической точки зрения вредны. Почти вся работа, выполняемая рукой оператора, идёт на перемешивание жидкости в демпфере. Но без него управлять камерой точно было бы невозможно.

      Вторая, не менее важная задача демпфера – приостанавливать нарастание скорости под действием момента управления. Демпфер ставит в соответствие каждой величине управляющего момента определённую (пропорциональную приложенному внешнему моменту) величину угловой скорости. Причём время, за которое устанавливается эта скорость, обратно пропорционально коэффициенту демпфирования. Другими словами, чем больше коэффициент демпфирования, тем быстрее выравнивается скорость панорамы.

      Поскольку демпфер требует опоры, её движение очень критично. Точнее, она должна быть неподвижной или двигаться как можно медленнее и с как можно более постоянной скоростью. Если опора поворачивается, то вместе с рукой оператора она через демпфер также действует на камеру, возмущая её.

      Итак, если есть возможность поставить головку с камерой на землю (пол студии, массивную тележку, операторский кран (как правило, имеющий огромную инерцию) и т. д.), то лучшего средства обеспечения стабильности кадра нет, не было и никогда не будет. Fluid Head (штативные головки, впрочем, не обязательно стоящие на штативах) – надёжнейшие, простые, проверенные временем и применяемые на всех съёмках средства управления угловым движением камер.

 

 

 

 

 

       

 

 

 

         Из этого правила можно сделать исключение: головки со стабилизацией инерцией (см. главу «Головки со стабилизацией инерцией» ниже) с большим разносом масс. В них внешним моментам, включая управляющие, т.е. от пальцев оператора, сопротивляется инерция. Как показано в примере выше, она может сглаживать угловые ускорения в некоторых случаях настолько, что вращения камеры воспринимаются достаточно плавно. Головки со стабилизацией инерцией с гироскопами, можно сказать, имеют приводы: гироприводы.

назад

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       В головках со стабилизацией инерцией демпферов нет. Они увеличивают скорость под действием момента постоянно.

назад