Blende bei Vollformat und APS-C: Umrechnung und Schärfentiefe-Rechner

Bei der Verwendung von Kameras mit kleineren Sensoren als Vollformat ist es üblich, die Objektivbrennweite auf das sogenannte „Kleinbildäquivalent“ umzurechnen. Zum Beispiel entspricht ein 16mm-Objektiv bei APS-C einem 24mm-Objektiv an einer Vollformat-Kamera. Das ist praktisch, um sich den abgebildeten Bildausschnitt bzw. den Bildwinkel besser vorstellen zu können. Aber genügt eine Umrechnung der Brennweite von APS-C auf Vollformat? Oder müssen auch Blende und ISO betrachtet werden? Das wird in diesem Artikel erklärt.

Wichtige technische Aspekte zur Vergleichbarkeit von APS-C- und Vollformat-Aufnahmen sind:

• der sichtbare Ausschnitt
• die Perspektive (der Bildwinkel)
• die Schärfentiefe
• bei bewegten Motiven: die Belichtungszeit

Unter Fotografen gibt es verschiedene Ansichten, wie (und ob überhaupt) diese Größen beim Einsatz kleinerer Sensorformate umgerechnet werden müssen oder nicht. Die Schlüsselfrage ist deshalb zunächst:

Welche Einstellungen müssen an der APS-C-Kamera gewählt werden, um das gleiche Bild wie an einer Vollformat-Kamera zu erhalten?

Als Beispiel soll folgendes Portrait dienen, dass mit 85mm und Blende 2.8 mit einer Vollformatkamera aufgenommen wurde:

Brennweite und Bildwinkel bei Vollformat und APS-C

Tauscht der Fotograf des obigen Bildes nun beispielsweise seine Sony A7 mit Vollformat-Sensor gegen eine A6000 mit APS-C-Sensor und fotografiert mit demselben Objektiv, wird der abgebildete Ausschnitt entsprechend kleiner. Da die Diagonale des APS-C-Sensors um den Faktor 1,5 geringer ist, wird auch nur ein entsprechend kleinerer Ausschnitt aufgenommen:

Sonst passiert nichts, alles andere bleibt gleich. Die Brennweite des Objektivs verändert sich nicht, egal ob es an APS-C oder Vollformat verwendet wird. 85mm bleiben 85mm, nur der sichtbare Ausschnitt ist an APS-C kleiner. Das Verhältnis der Diagonale des verwendeten Sensors zur Vollformat-Diagonale wird deshalb Crop-Faktor genannt (von to crop = abschneiden) und beträgt bei APS-C etwa 1,5. Bei anderen Sensorgrößen ändert sich der Faktor entsprechend. Bei Micro Four Thirds beträgt der Crop-Faktor zum Beispiel 2.

Will unser Beispiel-Fotograf mit der APS-Kamera nun den gleichen Bildausschnitt wie bei der Vollformat-Aufnahme zeigen, hat er zwei Möglichkeiten:

1. Er ändert seinen Standpunkt und geht weiter zurück.
2. Er wechselt die Brennweite und verwendet ein weitwinkligeres Objektiv

In beiden Fällen bildet er wieder den ursprünglichen Ausschnitt ab. Im ersten Fall muss er seinen Abstand zum Model auf das 1,5-fache vergrößern. Damit wird sein Bildfeld größer, und er bekommt auch bei APS-C wieder das gesamte Motiv aufs Bild. Allerdings ändert sich der Bildwinkel: Mit dem 85mm-Objektiv an APS-C wird die Perspektive auf den Hintergrund enger. Solange die Brennweite beibehalten wird, ist die Vollformat-Aufnahme mit der APS-C-Kamera daher nicht exakt reproduzierbar. In vielen Fällen mag das nicht ins Gewicht fallen oder eine engere Perspektive sogar erwünscht sein. Wichtiger ist, dass sich durch den größeren Abstand zum Motiv auch der Bereich der Tiefenschärfe vergrößert.

Im zweiten Fall bleibt der Fotograf an seinem Standpunkt, daher verändert sich die Perspektive nicht. Beim Wechsel zum weitwinkeligeren Objektiv wird der Bereich der Tiefenschärfe aber in genau demselben Maße größer, wie bei der Vergrößerung des Abstandes auf das 1,5-fache. Die Tiefenschärfe mit dem 85mm-Objektiv auf 10m ist genauso groß wie die des 56mm-Objektivs auf 6,50m. Die folgende Grafik veranschaulicht beide Situationen noch einmal.

Um jetzt mit der APS-C-Kamera die gleiche Schärfentiefe zu erhalten wie bei der Vollformat-Aufnahme, muss auch die Blende umgerechnet und entsprechend weiter geöffnet werden.

Blende und Schärfentiefe bei Vollformat und APS-C

Was genau ist nun Schärfentiefe? Die Schärfentiefe (oder Tiefenschärfe) bezeichnet den Bereich im Raum, in dem Objekte auf dem fertigen Bild scharf erscheinen, wenn es aus einer Entfernung betrachtet wird, die der Bilddiagonalen entspricht.

Grundsätzlich ist das Zusammenspiel der Einflussgrößen nicht ganz einfach und verhält sich auch je nach Motivabstand unterschiedlich. Was bei Portraitaufnahmen gilt, funktioniert nicht bei Makro oder Landschaft und umgekehrt. Die optischen Grundlagen gibt es zum Beispiel bei Wikipedia nachzulesen. Hier soll vor allem auf die praxisrelevanten Effekte eingegangen werden.

In der Praxis ist es oft gewünscht, das Motiv vor dem Hintergrund freizustellen, d. h. den Vorder- oder Hintergrund mehr oder weniger unscharf darzustellen. Im Beispielbild liegen der See und die Bäume im Hintergrund außerhalb der Schärfentiefe. Der Bereich der Schärfentiefe wird dabei durch vier Faktoren bestimmt:

• Brennweite des Objektivs
• Abstand zum Motiv
• eingestellte Blende
• Sensorgröße (genauer: der zulässige Zerstreuungskreisdurchmesser)

Für die Brennweite gilt, dass die Schärfentiefe abnimmt, je länger die Brennweite ist. Beim Abstand ist es umgekehrt: Je größer der Abstand zum Motiv, desto größer wird der scharfe Bereich. Der Zusammenhang ist jeweils näherungsweise quadratisch, d. h. eine Verdoppelung des Abstands bzw. eine Halbierung der Brennweite führen etwa zur 4-fachen Schärfentiefe. Bei der Umrechung von Vollformat auf APS-C sind die Brennweite und der Abstand zum Motiv durch den Crop-Faktor bereits festgelegt, um den richtigen Ausschnitt abbilden zu können. Durch den auf das 1,5-fache vergrößerten Abstand zum Motiv (bei gleicher Brennweite) oder durch die Verwendung einer um den Faktor 1,5 kleineren Brennweite (bei gleichem Abstand) erhöht sich beim Wechel auf die APS-C-Kamera die Schärfentiefe zunächst um den Faktor 2,25 (= Crop-Faktor von 1,5 zum Quadrat).

Für die Blende gilt: Eine weit offene Blende (kleine Blendenzahl) erzeugt eine sehr geringe Tiefenschärfe und damit einen entsprechend unscharfen Vorder- und Hintergrund. Eine weit geschlossene Blende (große Blendenzahl) führt zu einer großen Tiefenschärfe, so dass auch der Hintergrund scharf dargestellt wird. Die Schärfentiefe ist dabei proportional zur Blendenzahl, sie erhöht sich beispielsweise beim Schließen der Blende von 2.0 auf 4.0 auf das Doppelte.

Die letzte Variable ist die Sensorgröße, die auf den ersten Blick eigentlich nichts mit der Schärfentiefe zu tun haben sollte. Der Zusammenhang ergibt sich aus dem zulässigen Zerstreuungskreisdurchmesser: Bei genauer Betrachtung einer fotografischen Abbildung ist tatsächlich nur die Ebene scharf, auf der auch der Fokus liegt. Bereits kurz davor oder dahinter werden punktförmige Objekte in der Abbildung nicht mehr als Punkte, sondern kreisförmig dargestellt. Die dann aus den Bildpunkten entstehenden Bildscheibchen nennt man auch Zerstreuungskreise. Diese werden umso größer, je weiter das abgebildete Objekt von der Fokusebene entfernt ist. Die Schärfentiefe beschreibt nun den Bereich, innerhalb dessen die Zerstreuungskreise klein genug bleiben, um noch als „scharf“ zu gelten.

Die zulässige Größe dieser Zerstreuungskreise orientiert sich am Auflösungsvermögen des menschlichen Auges bei einem normalen Betrachtungsabstand, das im Allgemeinen mit 1500 Punkten über der Bilddiagonalen angenommen wird. Daraus ergibt sich bei Vollformat-Sensoren ein zulässiger Zerstreuungskreisdurchmesser von 0,03mm, bei APS-C-Sensoren von 0,02mm. Auch hier findet sich also der Crop-Faktor wieder. Anders formuliert: Skaliert man die Bilder von APS-C- und Vollformat-Sensor später auf das gleiche Bildformat, werden die Zerstreuungskreise des kleinen Sensors 1,5-mal so stark vergrößert wie die des Vollformat-Sensors. Was beim Vollformat-Sensor dann gerade noch als „scharf“ gilt, wäre es beim APS-C-Sensor nicht mehr. Die kleineren zulässigen Zerstreuungskreise bei der Abbildung auf dem Sensor führen bei der APS-C-Kamera entsprechend zu einem um den Faktor 1,5 kleineren Schärfentiefebereich.

Zusammenfassung: Von den vier Parametern, die die Schärfentiefe beeinflussen, sind drei beim Wechsel von Vollformat auf APS-C bereits vorgegeben:

• Der Abstand bleibt identisch und hat damit keinen Einfluss auf die Schärfentiefe.
• Die Brennweite verringert sich um den Crop-Faktor von 1,5 → Die Schärfentiefe erhöht sich um den Faktor von 2,25.
• Die Sensordiagonale verringert sich um den Crop-Faktor von 1,5 → Die Schärfentiefe verringert sich um den Faktor 1,5
  

Insgesamt erhöht sich die Schärfentiefe also um 2,25 / 1,5 = Faktor 1,5.

Beim Wechsel von Vollformat auf APS-C ist die Blendenzahl daher um den Crop-Faktor von 1,5 zu verringern, um die gleiche Schärfentiefe wie bei Vollformat zu erhalten.

In der Praxis entspricht ein APS-C-Objektiv mit 16-55mm und f/2.8 in Bezug auf Bildwinkel und Freistellungspotenzial daher in etwa einem Vollformat-Standardzoom mit 24-80mm f/4. Andere Objektive können mit dem Schärfentiefe-Rechner weiter unten auf dieser Seite leicht auf ihr APS-C- oder Vollformat-Äquivalent umgerechnet werden.

Für unser Beispiel heißt das, dass bei Verwendung eines 56mm-Objektivs eine Blende von 2.8 / 1.5 = ca. 1.8 gewählt werden muss, um den gleichen Bildwinkel und die gleiche Schärfentiefe wie bei der Vollformat-Aufnahme zu erreichen:

ISO und Belichtungszeit

Bleibt als letzter Aspekt noch die Anpassung der Belichtungszeit bzw. ISO-Einstellung. In der Praxis ist diese meist unkritisch und kann entweder manuell oder automatisch so gewählt werden, dass korrekt belichtet wird.

Soll jedoch die Vollformat-Darstellung auch in Bezug auf die Belichtungszeit exakt reproduziert werden, weil z. B. eine bestimmte Bewegungsunschärfe eingefangen werden soll, so muss auch der ISO-Wert entsprechend angepasst werden. Wie im vorhergehenden Abschnitt besprochen, ist die Blende zum Erreichen der identischen Schärfentiefe um den Crop-Faktor weiter zu öffnen. Damit nimmt die Lichtmenge, die den Sensor trifft, um das Quadrat des Crop-Faktors auf das 1,5² = 2,25-fache zu. Die Belichtungszeit müsste also etwas mehr als halbiert werden.
Soll die Belichtungszeit beim Wechsel von Vollformat auf APS-C bei gleicher Schärfentiefe und entsprechend weit geöffneter Blende konstant bleiben, muss die ISO-Empfindlichkeit um den Faktor 2,25 verringert werden.

Schärfentiefe-Rechner

Mit dem Schärfentiefe-Rechner kann eine Kombination aus Brennweite und Blende zwischen Vollformat und APS-C so umgerechnet werden, dass sowohl Schärfentiefe als auch Bildausschnitt dabei gleich bleiben. Kleine Abweichungen können durch die verfügbaren Blendenstufen entstehen.

Fazit

Anhand der Betrachtungen zu Brennweite, Blende und Belichtungszeit kann die Eingangsfrage beantwortet werden:

Um mit einer APS-C-Kamera ein äquivalentes Bild zu einer Vollformat-Aufnahme zu erzeugen, sind die Vollformat-Einstellungen umzurechnen:

• Brennweite (APS-C) = Brennweite (Vollformat) / 1,5
• Blende (ASP-C) = Blende (Vollformat) / 1,5
• ISO-Empfindlichkeit (APS-C) = ISO (Vollformat) / 2,25

Dann zeigt die APS-C-Aufnahme den gleichen Bildausschnitt mit der gleichen Schärfentiefe und ist mit der gleichen Belichtungszeit zu belichten wie bei Verwendung einer Vollformat-Kamera.

Das zu Beginn gezeigte Vollformat-Beispielfoto wurde mit 85mm, f/2.8 und ISO200 aufgenommen. An APS-C wären rechnerisch also folgende Einstellungen zu wählen:

• Brennweite 56mm
• Blende f/1.9
• ISO 89

Ein 56mm-Objektiv findet sich praktischerweise im APS-C-Bereich zum Beispiel bei Sigma, Tokina oder Fuji. Mit Blende f/1.8 und ISO100 könnte so eine technisch weitgehend identische Aufnahme auch mit einer APS-C-Kamera erzielt werden.

Das sind natürlich theoretische Überlegungen. In der Praxis hat die Umrechnung zwischen APS-C und Vollformat aber zwei wichtige Auswirkungen:

1. Mit kleinen Sensoren stellt es sich schlecht frei. Je nach Crop-Faktor und Motiv braucht man dafür sehr lichtstarke Objektive. Und bei sehr kleinen Sensoren erreicht man oft auch mit den lichtstärksten verfügbaren Objektiven keine gute Hintergrundunschärfe. Eine lichtstarke APS-C-Festbrennweite mit f/1.4 entspricht in Bezug auf die erreichbare Tiefen(un-)schärfe gerade einmal einem Objektiv mit f/2.0 bis f/2.2 an Vollformat.
2. Umgekehrt heißt das: Ist man mit dem Freistellungspotenzial von APS-C-Objektiven zufrieden, ist ein Einstieg ins Vollformat gar nicht so teuer wie es oft scheint, da man mit weniger lichtstarken Objektiven auskommt. Zum Beispiel kostet das Sony Vollformat-Zoom 24-105mm f/4 sogar weniger als das vergleichbare APS-C-Standardzoom 16-55mm f/2.8.

Berücksichtigt man die beschriebenen Zusammenhänge zwischen Brennweite, Blende und Belichtungszeit, genügt für den ambitionierten Hobbyfotografen oft eine APS-C-Kamera, um die meisten Motive wie gewünscht abzulichten. Und wer ins Vollformat einsteigt, um dessen Vorteile in Bezug auf Rauschverhalten, Freistellungspotenzial oder Auflösung zu nutzen, muss in den meisten Situationen nicht unbedingt zum teuren f/2.8-Zoom greifen.

Titelbild: Kam Pratt / pexels.com