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50Hz Kunstlicht und 60/30 fps Aufnahmen



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Frage von ShakyMUC:


Hallo Foristi,

abgeleitet von einem anderen Thread, werfe ich die Frage nach den genauen technischen Zusammenhängen bei 60 (oder auch 30) fps Aufnahmen unter 50 Hz Kunstlicht nochmal auf.

Häufig wird ja (hier im Forum) gesagt, dass ein kürzerer Shutter-Speed (z.B. 1/100) dieses Problem löst, teils ist auch von NTSC-Shutter die Rede. Das kapier ich nicht!

Daher von Anfang an:
Wenn man sich (nicht kompensierte) 50 Hz Kunstlichtquellen ansieht, werden dies ja 50x pro Sekunde heller & dunkler. Faktoren wie Phasenanschnitt-Dimmer verstärken den Effekt ggf. - aber die Frequenz steht fest.

Wenn ich mir jetzt (wie an anderer Stelle von beiti vorgeschlagen) die 50 Hz Sinusspannung als aufgezeichnete Kurve vorstelle oder wirklich zeichne, und auf der selben Zeitachse als (nennen wir es) "Marker" die Belichtungszeitpunkte (jedes einzelnen Frames) bei 60 Belichtungen/Sekunde eintrage, wird die Sache augenscheinlich asynchron. Bei 30 fps natürlich ebenso.
Soweit völlig klar…

Nun ändert aber an dieser Asynchronität die Belichtungsdauer erst mal nichts. Das einzige was sich nach bisheriger Betrachtung mit kürzerer/längerer Belichtungsdauer ändert, ist der Zeitraum wie lange die 50 Hz Sinuswelle - als daraus resultierendes Licht - aufgenommen wird.
D.h. eine Änderung der Belichtungszeit/Shutter-Speed mag diesen Effekt ggf. abschwächen oder stärker zum Tragen bringen. Nur warum es den Effekt an sich eliminieren sollte erschließt sich mir nicht!

Daher die Frage:
Kann mir jemand (oder mehrere) mit genauem technischen Hintergrund erklären warum so oft gesagt wird, man solle bei 60/30 fps Aufnahmen unter 50 Hz Kunstlicht einen "NTSC-Shutter" oder eben dies oder jene Belichtungszeit nehmen, um vor laufenden, horizontalen hell<>dunkel Effekten etc. sicher zu sein?



Antwort von Pianist:

Zunächst mal verstehe ich nicht, warum in Europa überhaupt jemand mit 30 oder 60 Bildern pro Sekunde aufnehmen möchte. Wir sind hier in der 50-Hz-Welt, also nehmen wir mit 25 oder 50 Bildern auf. Trotzdem muss man heutzutage vorsichtig sein, weil es LED-Lichtquellen gibt, die mit undefinierter Frequenz schwingen, und zum Teil sogar mit verschiedenen Frequenzen, wenn sie verschiedene Farben zeigen.

Jetzt zu Deiner Frage: Zunächst mal hat ja die Belichtungszeit nichts mit der Bildfrequenz zu tun. Wenn Du beispielsweise ganz normal mit 25 Voll- oder 50 Halbbildern drehst, und Du möchtest einen Computermonitor abfilmen, dann musst Du eben Deine Belichtungszeit so einstellen, dass nichts flimmert. Das wird oftmals im Bereich von 60 Hz sein, oder auch mehr.

Wenn Du nun aus irgendwelchen Gründen in Europa mit 30 Voll- oder 60 Halbbildern drehst, weil Du vielleicht für einen amerikanischen oder japanischen Auftraggeber drehst, und Du hast dann zum Beispiel auf einem Fußballplatz Probleme mit der Flutlichtanlage, dann bleibt Dir nichts weiter übrig, als auf den nächstmöglichen höheren Wert zu gehen, in diesem Fall also eine Belichtungszeit von 1/100 zu nutzen, was Dir natürlich noch mal viel von dem ohnehin spärlichen Licht wegnimmt.

Matthias



Antwort von pixler:

@Pianist
"...Zunächst mal verstehe ich nicht, warum in Europa überhaupt jemand mit 30 oder 60 Bildern pro Sekunde aufnehmen möchte. Wir sind hier in der 50-Hz-Welt, also nehmen wir mit 25 oder 50 Bildern auf... "

Gibt meiner Meinung nach 2 Gründe:
A) Jemand produziert hier für den US Markt

B) Filme werden zunehmend über den Computer (YouTube, Vimeo ...) angeschaut, Computerbildschirme und Computerbeamter sind allesamt auf 60Hz getaktet, da passen die 30 Fps besser dazu.

Ich bin mittlerweile ebenfalls dazu übergegangen in 30 Fps zu produzieren (bei mir meist Animationen), da die meisten Produktionen bei mir fast nur noch via web zugänglich sind. Motiongraphics sehen mit 30/60 fps auf dem Computermonitor halt viel besser aus, da sie kaum ruckeln. Selbst 50 Fps Material ruckelt auf einem 60Hz Monitor oft grausam.
Bei Szenen welche flackernde Lichtquellen beinhalten halt allenfalls in 25/50 filmen und dann nach 30/60 wandeln.





Antwort von WoWu:

Hallo Ralph.

Dein Gedankenfehler steckt darin, dass Du die Werte in Abhängigkeit zueinander bringst.
Bildfrequenz und VerschlusszeitVerschlusszeit im Glossar erklärt haben nichts miteinander zu tun.
Das, was man als Flackern sieht entsteht dadurch, dass einzelne Frames unterschiedlich viel Licht bekommen und diese Abhängigkeit besteht lediglich zwischen der Lichtfrequenz und der Verschlusszeit.
Dabei ist es egal, wieviele gleichlange Bilder man macht.
Die FramerateFramerate im Glossar erklärt sagt nur, bei wieviel ms ein neues Bild gestartet wird, das dann, bestimmt vom ShutterShutter im Glossar erklärt, immer gleich hell sein muss.
Das bedeutet, dass bei 25 FPS alle 40ms ein Bild gestartet wird.
Bei 30 FPS entsprechend alle 33ms.
Das ShutterShutter im Glossar erklärt verkürzt diese Belichtungszeit dadurch, dass es noch während der Ladezeit des Sensors, den Speicher ausliest.
Bei 40ms wird die FramerateFramerate im Glossar erklärt dann automatisch das ShutterShutter im Glossar erklärt, weil es zum begrenzenden Faktor wird.
Du siehst, nur shutter und Lichtfrequenz bestimmen, wie viele Photonen den Sensor treffend das müssen immer gleichviel sein.
Wie oft man das macht, wie oft man den Prozess also anstößt, ist diesem Mechanismus ziemlich egal.
"Das bedeutet, dass auch in 60 Hz Ländern mit 25 FPS aufgenommen werden kann, sofern eine Shutterzeit gewählt wird, die zur 60 Hz Frequenz passt, also z. B.150 Grad, 16,7 ms.



Antwort von ShakyMUC:

Danke allen für ihre Antworten & Erklärungen...
Klar kann man den grundsätzlichen Sinn von 60fps Aufnahmen unter 50 Hz Licht hinterfragen. Aber wenn es der Auftraggeber so will (z.B. wegen der ebenfalls angesprochenen 60Hz auf PC-Monitoren) dann ist es halt so.

@ Pianist: Ich habe mal interessehalber meine dimmbaren LED-Leuchten an"s Oszi gehängt. Die werden beispielsweise mit ca. 22 KHz PWM gedimmt. Zwar keine wirklich präzisen & steilen Flanken, aber durch die 22.000 Hz natürlich keine Probleme mit Flimmern etc.

@ Pixler: Genau der Fall 2 (Computermonitor) ist wohl der Hauptgrund warum. Allerdings halte ich persönlich eine Aufnahme mit 25/50 fps und anschließende Formatwandlung zu 30/60 fps für die schlechteste = allerletzte Lösung wenn es garnicht anders geht.

@ WoWu: Jetzt habe ich mir deine Erklärung gestern 3x und heute auch noch 1x durchgelesen. Ich bring"s nicht wirklich in meinen Kopf. Bis zu einem gewissen Punkt ist es ja in anderen Worten das Selbe was ich sage (bis zu "Bei 30 FPS entsprechend alle 33ms.")
Ab dann setzt es (bei mir) aus. Allerdings erwähnst du im letzten Satz den Shutterwinkel. Damit habe ich mich im Zusammenhang mit elektronischen Aufnahmen noch nicht intensiv beschäftigt. Hast du - oder jemand anders - dazu nen Link das als Erklärung mal nachzulesen?



Antwort von WoWu:

Hallo Ralph.
Versuch einmal, die beiden Einzelfunktionen verständnismässig zu trennen denn bei ShutterShutter im Glossar erklärt gibt es ja auch in den meisten Kameras die Funktion "off".
Es besteht nämlich überhaupt kein Grund, sich die Belichtungswerte ( und damit sämtliche Störabstandswerte) künstlich zu beschneiden.
Man braucht also streng genommen gar keinen ShutterShutter im Glossar erklärt denn Licht kann man auch durch die BlendeBlende im Glossar erklärt oder ein ND so verändern, dass man möglichst dicht an FullWell des Sensors liegt.
Das wäre dann auch die Funktion der Umlaufblende beim Film, denn die hat auch nur die Lichtzufuhr abgetrennt, wenn der Film weitergezogen wurde, damit die Bilder nicht verwischten.
Bei 24 Bildern/sec waren das entsprechend 41,6 ms (abzüglich Transportzeit für den Film, also rd. 40 ms Belichtungszeit).

Also: ShutterShutter im Glossar erklärt "off" entspricht Umlaufblende 360.

Was macht ein ShutterShutter im Glossar erklärt in der Videokamera ?
Die Funktion verkürzt lediglich die Integrationszeit des Sensors.
Die Belichtung findet weiter statt, es werden auch weiter Photonen angesammelt, aber die Auslesung findet früher statt.
Die einzelnen Bilder sehen von der Gesamtbewegungsphase nur einen kleineren Teil denn wenn sich ein Gegenstand räumlich über die PixelPixel im Glossar erklärt des Bildsensors bewegt, dann bewegt er sich bei einer langen Belichtungszeit über mehr Pixels, als bei einer kurzen Belichtungszeit.
Das Bild wird also schärfer, je kürzer die Shutterzeit.
Dies hat besonders dann Auswirkung, wenn die Pixelauflösung, wie z.B. in UHD, höher ist.
Das ist der eigentliche Zweck des Shutters und nicht, die Belichtung zu ändern.
Die Dunkelzeit verändert sich gegenüber der Belichtungszeit.
Bei Benutzung des Shutters taktet dieser die Belichtungszeit und löst damit quasi die FramerateFramerate im Glossar erklärt ab.
Es besteht also ein direkter Zusammenhang zwischen ShutterShutter im Glossar erklärt und externen Lichtfrequenzen.
Was man als Flackern sieht ist der Umstand, dass einige Frames- bzw. Zeilen- mit weniger und andere Frames mit mehr Licht versorgt werden.
Bei 60 Hz sind das 120 (externe) Lichtimpulse = 2x60 = 3x40 = 4x30 = 5x24 = 6x 20 usw. Bei 50 Hz entsprechend 2x50 = 4x25 = 5x20 usw.
Nimmt man als Beispiel einmal 180 Grad ShutterShutter im Glossar erklärt (um mal bei der Umlaufblende zu bleiben) bei 25 FPS dann sind das 50% Belichtungszeit (1/50 sec).
Für 24 FPS würde man 172,8 Grad nehmen, also 48% der Belichtungszeit das würde dieselbe 1/50sec Belichtungszeit bei 24 FPS darstellen.
Das bedeutet, dass bei 25 FPS alle 40ms ein Bild gestartet wird.
Bei 30 FPS entsprechend alle 33ms.
Das ShutterShutter im Glossar erklärt verkürzt, wie bereits erwähnt, diese Belichtungszeit dadurch, dass es noch während der Ladezeit des Sensors, den Speicher ausliest, also bei 1/60 => 16 ms => 1/50 => 20ms ; 1/40 => 25ms ; 1/30 => 33 ms ; 1/20 => 50ms usw.
Bei 40ms wird die FramerateFramerate im Glossar erklärt dann automatisch das ShutterShutter im Glossar erklärt, weil sich die Werte decken, bzw die FramerateFramerate im Glossar erklärt der kürzere und damit begrenzende Wert wird.
Bei 50 Hz ist ein Lichtimpuls also 10ms lang.
Wählt man in einem 60 Hz Licht die entsprechende Shuttereinstellung, (1/60 sec, 150 Grad, 16,7 ms) flickert das Bild nicht mehr:
Bei 60 Hz sind die Lichtimpulse nur noch 8 ms lang lang.
Die Regel ist aber identisch alles was 120 gerade teilt ist geeignet, keine negativen Effekte zu ergeben.
Das bedeutet, dass man entweder die FramerateFramerate im Glossar erklärt zur Bildfrequenz anpassen muss, wenn keine verkürzten Shutterzeiten gewählt werden, oder die Shutterzeit, unabhängig von der FramerateFramerate im Glossar erklärt so gewählt werden muss, dass die Lichtfrequenz teilbar ist.
Das bedeutet, dass auch in 60 Hz Ländern mit 25 FPS aufgenommen werden kann, sofern eine Shutterzeit gewählt wird, die zur 60 Hz Frequenz passt.
 
Die Shutterzeit ist also nicht nur unabhängig von der FramerateFramerate im Glossar erklärt, aber immer abhängig von der "Objektfrequenz".
Denn, wie gesagt: Es kommt nur darauf an, immer die Identische Lichtmenge auf jedes FrameFrame im Glossar erklärt zu bringen.
Belichtet man also mit 24 FPS in einem 50 Hz Land, dann ist der ShutterShutter im Glossar erklärt mit 20ms, also 1/50 sec (172,8 Grad) richtig eingestellt.
24 FPS in einem 60 Hz Land wäre 1/80 sec ( 108 Grad 12,5 ms)
Wenn man mit 30 FPS in einem 50 Hz Land dreht, dann ist man mit 1/100 sec (108 Grad, 10 ms) gut bedient.
Mit 25 FPS in einem 60 Hz Land entsprechend das ShutterShutter im Glossar erklärt auf 1/60 (150 Grad, 16,7 ms), wie schon erwähnt.
Ich hoffe, dass die Beziehungen zueinander ( auch der Umlaufblende -was streng genommen eine falsche Bezeichnung ist-) etwas klarer geworden sind.



Antwort von blueplanet:

..danke Wolfgang. Toll erklärt!
Dann wären bei 50fps in einem 50Hz-Land als "Minimum" 1/100 (künstlerisch 1/50) und als "Optimum" (schärfetechnisch UHD) 1/150 anzuraten?
Und bei 60fps in einem 60Hz-Land als Minimum "1/120" und als "Optimum" 1/180 - richtig?
Ich bin bisher immer bei 50Hz und 50fps von einem dargestellen "Bewegungsdarstellungs-Optimum" (stroboskopvermeidend) von 1/100 ausgegangen!? (ich weiß, das könnte man auch nicht sooo festnageln)
Aber grundsätzlich wären bei UHD und 50fps also "1/150" (mathematisch-physikalisch betrachtet) besser als 1/100?



Antwort von ShakyMUC:

@ WoWu/Wolfgang:
Von mir auch vielen Dank für deine Mühe das so ausführlich zu erklären!
Bevor ich was (ggf. dämliches) dazu sage oder frage, les ich lieber noch 2-3 Mal...
Kommt aber sicher noch ;)



Antwort von WoWu:


..danke Wolfgang. Toll erklärt!
Dann wären bei 50fps in einem 50Hz-Land als "Minimum" 1/100 (künstlerisch 1/50) und als "Optimum" (schärfetechnisch UHD) 1/150 anzuraten?
Und bei 60fps in einem 60Hz-Land als Minimum "1/120" und als "Optimum" 1/180 - richtig?
Ich bin bisher immer bei 50Hz und 50fps von einem dargestellen "Bewegungsdarstellungs-Optimum" (stroboskopvermeidend) von 1/100 ausgegangen!? (ich weiß, das könnte man auch nicht sooo festnageln)
Aber grundsätzlich wären bei UHD und 50fps also "1/150" (mathematisch-physikalisch betrachtet) besser als 1/100?

Shutter ist ein Gestaltungsmittel für Bildinhalte.
Daher ist ShutterShutter im Glossar erklärt "off" immernoch die beste Lösung weil alle sonstigen Werte der Kamera, die mit Belichtung zusammenhängen, hier ihr Optimum haben.
Es sei denn, Du willst auf die Bewegungsunschärfe einwirken und/oder Du hast in der Frequenz abweichende Lichtquellen von der Frequenz der Framerate.
In dem Fall sollte die Shutterfrequenz immer einen geraden Wert bei einer Teilung ergeben. Insofern hängt der Unterschied 1/100 vs. 1/150 von der Bewegung im Bild ab, die bei hohen Pixelauflösungen eher zu stärkeren Unschärfen führt und daher eher die 1/150 sein dürfte, als bei geringeren Auflösungen (größeren Pixels) denn ShutterShutter im Glossar erklärt ist reine Geschmackssache und betrifft nur die Schärfe von bewegten Objekten im Bild und solche Ansagen wie "grundsätzlich doppelte Framerate" sind nicht in Stein gemeißelt und bei 60 FPS in einem 50er Land eben schlichtweg kontraproduktiv.
Speziell weil die meisten Aufnahmen ohnehin ohne künstliches Licht gemacht werden.



Antwort von blueplanet:

...das ist mir schon klar, dass es ein gestalterisches Mittel ist (sein kann) und das es in der Regel nur bei bewegten Objekten (auch die Kamera) von Wichtigkeit ist. Insofern hast Du es auch noch mal bestätigt, dass höhere Auflösungen einen "höheren" Shutterwert benötigen (was ich immer schon geahnt habe ;))
Aber bitte erkläre mir, was bedeutet ShutterShutter im Glossar erklärt "off"?? Wie soll das funktionieren? Oder verbirgt sich dahinter eine bestimmte Shutterangabe? 360°? Ergo bei 50fsp = 1/50? Da wäre aber nix mehr in der Bewegung mit "scharf" ;)



Antwort von WoWu:

Ich denke, das haben nicht alle Kameras.
Aber es ist die komplette Abschaltung des Shutters und würde der Bildfrequenz entsprechen.
Es kommt immer einwenig darauf an, wie die Shutterfrequenz in den Kameras getaktet wird, denn 24; 30 oder 60 FPS sind ja im ehemaligen NTSCNTSC im Glossar erklärt Umfeld 23,98 bzw. 29,97 usw.
Wenn dann die Shutterfrequenz von der Netztfrequenz abweicht, gibt das auch wieder Schwebungen, wenn ShutterShutter im Glossar erklärt "off" ist.
Also im NTSCNTSC im Glossar erklärt Land muss man sogar echte 60 Hz benutzen, obwohl die Bildfrequenz nur 59,94 ist, wenn es der Kamerahersteller genau machen will.



Antwort von ShakyMUC:

Also Wolfgang,

nachdem ich es ein paar Mal gelesen und gedanklich gedreht und gewendet habe, ist mir jetzt durchaus klar wo mein Knoten im Hirn war.
Vielen vielen Dank für deine Mühe das so ausführlich aufzuschreiben!



Antwort von WoWu:

Gerne.




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