조리개: 밝기와 배경 흐림

셋째 토요일 수업은 사진관 앞 공원에서 열립니다. 다온이 카메라 화면을 내밉니다. 별이가 웃고 있지만, 머리 바로 뒤로 가로등 기둥이 솟아 있고 벤치와 산책하는 사람들까지 또렷합니다. 화면 아래에는 f/8, 1/125, ISO 100이 찍혀 있습니다.

정 선생이 숫자를 보고 바로 말합니다. "f/8이면 배경이 다 보이지. 그 렌즈, 조리개 어디까지 열려?" 다온이 렌즈에 적힌 글자를 읽습니다. "50mm, 1.8이요. 그런데 '연다'는 게 뭐예요? 숫자를 올려요, 내려요?"

정 선생은 렌즈를 카메라에서 떼어 뒤쪽을 다온 눈앞에 댑니다. 다이얼을 돌리자 렌즈 속 얇은 날개들이 맞물리며 구멍이 작아집니다. "구멍이야. f값은 이 구멍 크기를 거꾸로 적은 숫자고. 작은 숫자가 큰 구멍이야." 별이가 옆에서 거듭니다. "제 휴대폰은 '인물 모드' 누르면 배경이 흐려져요. 물론 그건 가짜로 흐리는 거지만요."

이번 교시에서는 조리개라는 두 번째 손잡이를 다룹니다. 조리개는 밝기를 바꾸면서 얼마나 깊은 곳까지 선명하게 찍히는지도 함께 바꿉니다. 배경 흐림은 그 부작용을 일부러 쓰는 기술입니다.

3-1. 조리개는 렌즈 속 구멍 (8분)

조리개(aperture) 는 렌즈 안에서 얇은 날개 여러 장이 만드는 구멍입니다. 구멍이 크면 같은 시간에 빛이 많이 들어오고, 작으면 적게 들어옵니다. 1교시의 비유로 말하면 수도꼭지의 굵기입니다.

구멍의 크기는 f값(f-number) 으로 적습니다. f값은 렌즈의 초점거리를 구멍의 지름으로 나눈 값입니다.

나눗셈이라서 숫자가 거꾸로 갑니다. f/2는 "초점거리의 2분의 1만 한 구멍", f/16은 "16분의 1만 한 구멍"입니다. 그래서 사진가들은 이렇게 말합니다.

• 조리개를 연다 (open up): f값 숫자를 작게 한다. 구멍이 커지고 밝아진다.
• 조리개를 조인다 (stop down): f값 숫자를 크게 한다. 구멍이 작아지고 어두워진다.

구멍 지름을 mm로 적지 않고 굳이 나눗셈으로 적는 데는 이유가 있습니다. 초점거리가 긴 렌즈는 장면을 더 크게 확대해 센서에 펼칩니다. 같은 구멍으로 들어온 빛이 더 넓은 면적에 퍼지니 그만큼 어두워집니다. f값은 이것까지 셈에 넣은 숫자라서, 렌즈가 달라도 f값이 같으면 센서에 닿는 빛의 밝기가 같습니다. 35mm f/2.8과 85mm f/2.8은 같은 셔터·ISO에서 같은 밝기로 찍힙니다.

아래 실습대의 왼쪽 위는 렌즈를 앞에서 들여다본 조리개 날개이고, 오른쪽은 렌즈를 옆에서 자른 단면입니다. 주황 띠는 날개 사이 구멍을 지나 센서 한 점으로 모이는 빛입니다. 가운데는 가상 카메라로 찍은 공원 인물 사진이고, 맨 아래 막대는 3-3절에서 씁니다. 이 실습대는 '셔터 고정 (밝기가 변함)' 이 켜진 채로 시작합니다. 셔터는 1/1000초 그대로이니 조리개를 바꾼 만큼 사진의 밝기가 바뀌고, 오른쪽 아래 노출계가 몇 스톱 바뀌었는지 보여 줍니다.

3-2. f값 눈금이 √2배씩인 이유 (8분)

카메라의 조리개 눈금은 f/1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22입니다. 두 칸마다 숫자가 2배가 되고, 한 칸마다는 약 1.4배입니다. 왜 이런 어중간한 숫자일까요?

빛의 양은 구멍의 넓이에 비례합니다. 원의 넓이는 반지름의 제곱에 비례하니, 넓이는 지름의 제곱을 따라갑니다. 넓이를 정확히 반으로 줄이려면(1스톱) 지름을 2가 아니라 $\sqrt{2} \approx 1.414$로 나눠야 합니다.

f값은 지름의 반대이므로, f값이 √2배 커질 때마다 빛이 반이 됩니다. 그래서 눈금이 √2의 거듭제곱입니다.

f/2.8에서 f/4로 한 칸 조이면 넓이는 $(2.8 \div 4)^2 \approx 0.49$, 거의 정확히 반입니다. 한 칸 = 1스톱입니다. 표기는 반올림한 값이고, 계산할 때는 정확한 값(2√2와 4)으로 하면 딱 2배가 나옵니다. 1교시에서 셔터 1/60이 정확히는 1/64인 것과 같은 사정입니다.

외우기 쉬운 규칙이 하나 있습니다. f값이 2배가 되면 2스톱, 빛은 1/4입니다. f/4 → f/8은 2스톱, f/2 → f/8은 4스톱(빛 1/16)입니다.

카메라는 대개 그 사이를 세 칸으로 나눈 1/3스톱 눈금도 씁니다. f/1.4, 1.6, 1.8, 2, 2.2, 2.5, 2.8 … 다온의 렌즈 최대 f/1.8은 f/2보다 1/3스톱 밝고, f/1.4보다 2/3스톱 어둡습니다.

같은 밝기, 다른 조합

조리개를 한 칸 열면 빛이 2배이니, 셔터를 한 칸 빠르게 하면 밝기가 그대로입니다. 오늘 공원에서 ISO 100일 때 적정 노출이 되는 조합은 이렇습니다.

다온의 자동 사진은 f/8, 1/125였습니다. f/2로 열면 4스톱 밝아지니 셔터를 4칸 빠르게, 1/2000으로 하면 같은 밝기입니다. f/1.8까지 열면 1/3스톱이 더해져 카메라는 1/2500쯤을 고릅니다. 사진의 밝기는 그대로인데 배경이 달라집니다. 그 이유가 다음 절입니다.

3-3. 피사계 심도: 초점이 맞아 보이는 깊이 (10분)

렌즈는 한 거리에만 정확히 초점을 맞춥니다. 별이의 눈(2 m)에 초점을 맞추면 그 거리의 점은 센서에서도 점으로 찍힙니다. 그보다 가깝거나 먼 점은 센서에서 작은 원반으로 번집니다. 이 원반을 착란원(circle of confusion) 이라고 합니다.

원반이 아주 작으면 눈으로는 점과 구별이 안 됩니다. 사진을 보통 크기로 볼 때 풀프레임 센서 기준으로 지름 0.03 mm보다 작은 원반은 선명해 보인다는 것이 오래된 관례입니다. 그래서 초점 앞뒤로 "선명해 보이는" 범위가 생깁니다. 이 깊이를 피사계 심도(depth of field) 라고 합니다. 줄여서 심도라고 부릅니다.

조리개가 심도를 바꾸는 이유는 3-1절 실습대의 렌즈 단면에 있습니다. 구멍이 크면 센서로 모이는 빛의 원뿔이 뚱뚱하고, 초점에서 조금만 벗어나도 원반이 커집니다. 구멍이 작으면 원뿔이 가늘어서 초점에서 꽤 벗어나도 원반이 작습니다. 조리개를 조일수록 심도가 깊어집니다.

50mm 렌즈로 2 m 앞의 인물에 초점을 맞췄을 때입니다. 마지막 칸은 20 m 뒤 나무의 한 점이 번지는 원반의 지름입니다.

f/1.8의 심도는 17 cm입니다. 코끝과 귀 사이가 10 cm쯤이니, 얼굴을 비스듬히 찍으면 한쪽 눈만 선명할 수도 있습니다. 그래서 인물 사진에서는 눈에 초점을 맞추는 것이 원칙입니다. 앞뒤 범위도 똑같지 않습니다. 대개 뒤쪽이 더 깊습니다. f/16에서는 앞으로 54 cm, 뒤로 1.20 m입니다.

아래 실습대의 맨 아래 막대가 이 표를 그림으로 옮긴 것입니다. 가로축은 카메라에서의 거리로, 1 m에서 30 m까지입니다. 가까운 쪽을 넓게 보려고 멀어질수록 눈금이 촘촘해지는 로그 눈금을 썼습니다. 남색 띠가 선명해 보이는 범위, 주황 점이 초점입니다. 주황 점은 끌거나, 눌러 고른 뒤 화살표 키로 옮길 수 있습니다. 동그라미는 인물(2 m), 벤치(6 m), 나무(20 m)이고, 범위 안에 들면 까맣게 채워집니다. 이번에는 셔터가 조리개를 따라가서 밝기는 그대로입니다.

3-4. 배경 흐림을 키우는 네 가지 (10분)

배경이 얼마나 흐린지는 배경의 한 점이 번지는 원반의 지름으로 잴 수 있습니다. 이 원반을 키우는 방법은 네 가지입니다. 기준은 다온의 50mm f/1.8로 2 m 앞의 인물을 찍을 때, 20 m 뒤 나무의 번짐 지름 0.64 mm입니다.

아주 먼 배경의 번짐 지름은 간단한 식으로 어림할 수 있습니다. 초점거리 $f$, 조리개 $N$, 초점 거리(인물까지) $s$일 때입니다.

단위는 모두 mm입니다. 식을 보면 네 방법이 다 보입니다. $N$이 작을수록(조리개를 열수록), $s$가 작을수록(다가갈수록), $f$가 클수록(긴 렌즈) 원반이 커집니다. 배경이 무한히 멀면 이 값(0.71 mm)이 상한이고, 배경이 인물에 가까울수록 0에 가까워집니다(넷째 방법).

셋째 방법에는 주의할 점이 있습니다. 위 표는 같은 자리에서 렌즈만 바꾼 것이라 85mm에서는 인물도 크게 찍힙니다. 인물을 같은 크기로 담으려고 85mm를 들고 3.4 m로 물러나면 어떨까요? 심도는 50mm·2 m와 거의 같아집니다(둘 다 약 17 cm). 하지만 나무의 번짐 지름은 1.00 mm로, 50mm의 0.64 mm보다 여전히 1.6배 큽니다. 망원 렌즈는 배경을 좁게 잘라 크게 키우기 때문입니다. 인물 사진에 85mm 렌즈를 즐겨 쓰는 이유입니다.

정 선생의 처방은 이렇습니다. "별이를 벤치에서 떼어 앞으로 세워. 배경은 멀리, 너는 한 걸음 다가가고, 조리개는 끝까지 열어." 네 방법을 한꺼번에 쓰면 배경의 전구 줄이 크고 동그란 빛망울로 녹습니다. 이런 흐림의 질감을 사진가들은 보케(bokeh) 라고 부릅니다.

위 실습대에서 확인해 보세요. '85mm'를 누르고 조리개를 f/1.4로 열면 나무의 번짐 지름이 2.4 mm(허용치의 80배)까지 커지고, 전구 줄이 커다란 빛망울이 됩니다. '35mm'로 바꾸고 f/22까지 조이면 선명한 범위가 0.96 m부터 끝없이(∞) 이어져 배경 전체가 또렷해집니다. 풍경 사진가가 넓은 렌즈를 조여 쓰는 이유입니다.

3-5. 너무 조이면 생기는 일: 회절 (4분)

그렇다면 늘 f/22로 찍으면 가장 선명할까요? 아닙니다. 빛은 아주 작은 구멍을 지날 때 가장자리에서 조금씩 휘어 퍼집니다. 이것을 회절(diffraction) 이라고 합니다. 회절로 생기는 번짐의 지름은 대략 2.44 × 빛의 파장 × f값입니다. 초록빛(파장 0.00055 mm)으로 계산하면 이렇습니다.

f/22에서는 초점이 맞은 곳조차 허용치만큼 번집니다. 심도는 깊어졌지만 사진 전체가 조금 무릅니다. 화소가 많은 카메라에서는 f/11쯤부터 크게 확대하면 차이가 보이기 시작합니다. 반대로 대부분의 렌즈는 가장 크게 열었을 때 가장자리가 조금 무르고, 한두 스톱 조였을 때 가장 또렷합니다.

실전 출발점은 이렇습니다. 인물은 열어서(f/1.8–f/2.8), 풍경은 f/8–f/11, f/16 이상은 심도가 꼭 필요할 때만. 덧붙여, 이 강의의 가상 카메라는 회절을 그리지 않습니다. f/22가 실습대에서는 또렷해 보여도 실제 카메라에서는 조금 무르다는 것을 기억해 두세요.

카메라 표기 읽는 법

휴대폰으로는

휴대폰 카메라도 조리개 숫자가 적혀 있습니다(대개 f/1.5–f/2 정도). 그런데 대부분 조리개가 고정이라 바꿀 수 없고, 센서가 작고 실제 초점거리도 몇 mm밖에 안 되어 심도가 아주 깊습니다. 그래서 휴대폰 사진은 보통 배경까지 또렷합니다. 별이가 말한 인물 모드는 렌즈가 아니라 소프트웨어가 거리를 추정해 배경을 흐리게 그려 넣는 기능입니다. 머리카락이나 안경테 가장자리에서 흐림이 어색하게 끊기는 것은 거리 추정이 틀렸다는 표시입니다. 별이의 팁은 이렇습니다. "꽃처럼 작은 걸 아주 가까이서 찍으면 휴대폰도 진짜로 배경이 흐려져요." 둘째 방법(다가가기)이 휴대폰에서도 통한다는 뜻입니다.

자주 하는 착각 (4분)

• "조리개를 연다 = f값을 키운다." 거꾸로입니다. 연다는 것은 구멍을 키우는 것이고, f값은 작아집니다(f/8 → f/2).
• "f/4는 f/2보다 두 배 밝다." 반대이고, 두 배도 아닙니다. f/4는 f/2보다 2스톱 어둡습니다(빛 1/4). f값이 2배면 2스톱입니다.
• "배경 흐림은 조리개가 정한다." 조리개는 네 방법 중 하나입니다. 인물과의 거리, 렌즈의 초점거리, 배경까지의 거리가 함께 정합니다. f/1.8이라도 벤치에 기댄 인물을 멀리서 찍으면 배경이 잘 안 흐려집니다.
• "심도는 초점 앞뒤로 똑같다." 대개 뒤쪽이 더 깊습니다. 그룹 사진에서 초점을 맨 앞줄보다 조금 뒤에 두는 이유입니다.
• "f/22로 찍으면 가장 선명하다." 심도는 가장 깊지만 회절 때문에 전체가 무릅니다.

연습 문제 (6분)

1. f/4, 1/500로 적정 노출인 장면을 f/8로 찍으려 합니다. 밝기를 그대로 두려면 셔터를 얼마로 해야 할까요?
2. 다온이 f/2.8, 1/250로 찍다가 조리개만 f/5.6으로 조였습니다. 몇 스톱 어두워졌나요? ISO를 그대로 두고 밝기를 맞추려면 셔터는?
3. 50mm f/2.8로 20 m 뒤에 나무가 있는 인물을 찍습니다. 인물이 3 m에 있을 때 나무의 번짐 지름은 약 0.26 mm, 1.5 m에 있을 때는 약 0.56 mm입니다. 배경을 흐리게 하는 네 방법 중 어느 것을 쓴 것이고, 배경 흐림은 몇 배가 되었나요?
4. 50mm 렌즈로 두 줄 단체 사진을 찍습니다. 앞줄은 3 m, 뒷줄은 4 m에 서 있고 초점은 3.4 m에 맞춥니다. f/2.8의 선명한 범위는 3.05–3.84 m, f/5.6은 2.77–4.40 m입니다. 어느 조리개로 찍어야 할까요?

풀이

1. f/4 → f/8은 f값이 2배이니 2스톱, 빛이 1/4입니다. 셔터를 2칸 느리게 해서 1/500 → 1/250 → 1/125로 하면 같은 밝기입니다.
2. f/2.8 → f/4 → f/5.6, 두 칸이니 2스톱 어두워졌습니다. 셔터를 두 칸 느리게, 1/250 → 1/125 → 1/60으로 합니다(정확히는 1/64).
3. 둘째 방법, 인물에게 다가가기입니다. 0.56 ÷ 0.26 ≈ 2.2배로 커졌습니다. 거리를 반으로 줄였을 뿐인데, 조리개를 두 칸 넘게(f/2.8 → f/1.4보다 조금 더) 연 것과 맞먹는 효과입니다.
4. f/2.8의 범위(3.05–3.84 m)에는 앞줄(3 m)도 뒷줄(4 m)도 들지 않습니다. 두 줄이 모두 선명하려면 f/5.6(2.77–4.40 m)으로 조여야 합니다. 조인 만큼(2스톱) 셔터를 느리게 하거나 ISO를 올립니다.

수업이 끝날 무렵 다온이 휴대폰을 꺼냅니다. "이번 주 금요일 저녁에 친구 밴드가 지하 공연장에서 공연을 해요. 지난번에 찍었더니 손이 다 번지거나, 아니면 모래알처럼 자글자글했어요." 정 선생이 고개를 젓습니다. "공연장은 지금 이 공원보다 7스톱, 그러니까 빛이 128분의 1이야. 조리개를 끝까지 열어도 모자라." 4교시에서는 마지막 손잡이 ISO를 다룹니다. 빛이 모자랄 때 신호를 키우는 법, 그리고 그 대가인 노이즈가 어디서 오는지 봅니다.