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Mein Tropfen-Setup

Tropfenfotograf Tobias Bräuning

Da ich sehr häufig gefragt werde was man dazu alles braucht und wie die Tropfenbilder denn entstehen, will ich die Technik hier etwas beschreiben. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, es gibt fertige Geräte die man für viel Geld kaufen kann. Ich bevorzuge die Bastellösung die ich mir selber gebaut habe und somit sehr flexibel anpassen kann.
 
Ende 2010 wurden mir die "normalen" Tropfenbilder zu langweilig, ich habe mir überlegt dass es tolle Effekte geben müsste wenn man mit verschiedenfarbigen Tropfen arbeiten könnte. Dazu habe ich mir den Aufbau auf 3 Ventile erweitert. Es war nicht einfach, die Tropfen aus 3 Ventilen auf eine Flugbahn zu bringen, aber es hat funktioniert. Inzwischen haben auch andere Tropfenfotografen diese Idee übernommen und können diese mehrfarbigen Tropfen erzeugen. Es war wohl eine gute Idee. Die Tropfenfotos sind inzwischen sehr populär geworden. Mein Gewinn bei den Sony World Photography Awards mag dazu beigetragen haben, aber auch ganz klar die zahlreichen Communities und Onlinegalerien sowie TV-Beiträge bei verschiedenen Sendern, aktuell war bei Pro7 Galileo ein schöner Bericht über Markus Reugels zu sehen, der etwa zeitgleich mit der Tropfenfotografie angefangen hat und auch meine beschriebene mehr-Ventil-Technik verwendet.

Update: Herzlichen Dank für das Interesse und die zahlreichen Mails. Derzeit kann und will ich die Hardware nicht verkaufen.
Ich bitte um Verständnis, dass ich die genauen Schaltpläne sowie meine Software nicht veröffentlichen will. Danke!

Wie entstehen die Formen? - Tropfen auf Tropfen

Das Prinzip ist einfach: Der erste Tropfen fällt ins Wasser. Dabei bildet sich zuerst ein Krater, danach springt aber das Wasser wieder nach oben und bildet eine Säule. Wenn die Säule ihren höchsten Punkt erreicht hat, löst sich manchmal sogar noch ein einzelner Tropfen von der Säule ab und springt noch weiter nach oben. Wenn nun auf die nach oben springende Säule ein weiterer Tropfen von oben fällt, weicht bei der Kollision das Wasser seitlich bzw. kreisförmig aus, es bildet sich das typische "Schirmchen". Über den Zeitpunkt wann der zweite Tropfen die Säule trifft kann bestimmt werden, wie das "Schirmchen" aussieht.
Entstehung eines Wassertropfens Entstehung eines Wassertropfens Entstehung eines Wassertropfens

Die Säule springt nach oben..

..der zweite Tropfen kollidiert mit der Säule..

..das Wasser wird verdrängt

In meinen High Speed Videos kann man diesen Vorgang sehr schön in Zeitlupe sehen!

High Speed Video 1500fps / Tobias Bräuning

Es gibt sehr viele Faktoren die Einfluss auf die Formen haben. Ein wesentlicher Punkt dabei ist der zeitliche Ablauf, wann ein Tropfen auftrifft. Es gibt aber auch andere physikalische Parameter die großen Einfluss haben, dazu zählen die Wassertiefe, Temperatur, Viskosität, die Tropfengeschwindigkeit, die Höhe aus der die Tropfen fallen, und mit Sicherheit noch viele mehr.

Diese Größen zu kontrollieren und zu beeinflussen ist die eigentliche Herausforderung. Einige Parameter sind einfach zu beeinflussen, andere weniger. Um die Viskosität zu ändern, verwende ich Guarkernmehl. Damit wird das Wasser dickflüssiger und die Tropfen werden "elastischer", sie reissen nicht so schnell ab, sondern bilden größere Figuren. Schwieriger wird es, den zeitlichen Ablauf möglichst exakt bestimmen zu können. Bei einfachen Formen ist das mit viel Geduld durchaus noch von Hand möglich, für fortgeschrittene Formen ist eine entsprechende technische Ausrüstung unumgänglich.

Technische Ausrüstung - Die Tropfen-Hardware

Um den ganzen Ablauf kontrollieren zu können, verwende ich ein Arduino Mikrocontroller-Board. Dazu habe ich einige Schaltungen entwickelt, welche mir den Anschluss von Magnetventilen, Blitzen und der Kamera ermöglichen. Die Anschaltung von Kamera und Blitzen erfolgt über Optokoppler, für die Magnetventile verwende ich Transistor-Schaltungen, da hier höhere Ströme fliessen. Am Gehäuse habe ich Anschlüsse für Blitz (3,5mm Klinke), Kamera (2,5mm Klinke), optionale Lichtschranke (3,5mm Klinke), Ventile (Mini-DIN) und Auslöser (3,5mm Klinke) angebracht.

Schaltplan Arduino symbolisch

Symbolischer und vereinfacht dargestellter Schaltplan meiner Hardware

Das Ganze dann in ein Gehäuse verpackt, sieht so aus:

Innenleben meines Tropfengenerators Aussenansicht mit Anschlüssen des Tropfengenerators

Von Innen nicht ganz so schön..

..von außen schon besser..

Verkabelung des Tropfengenerators

..und hier mit einem Teil der nötigen Kabel

Die Einstellung der Parameter erfolgt über eine Bedienoberfläche, welche ich in Visual Basic erstellt habe. Die Kommunikation mit dem Mikrocontroller erfolgt über die serielle Schnittstelle (USB).

Bedienoberfläche Tropfengenerator

Bedienoberfläche: Links einige Log-Einträge und Einstellungen für die Verbindung, rechts kann eingestellt werden ob die Verzögerung in Milli- oder Mikrosekunden angegeben wird. Ausserdem kann gewählt werden, ob Blitz und Kamera oder ob ggf. nur der Blitz vom Mikrocontroller ausgelöst werden soll. Für jedes Ventil gibt es eine Reihe an Parametern, über welche das Verhalten sehr genau einstellbar ist.

Technische Ausrüstung - Ventile

Magnetventile zum Erzeugen der bunten Tropfen

Die Ventile müssen ausreichend schnell sein, um die Tropfen möglichst exakt erzeugen zu können.
 
Da ich ständig gefragt werde: Bei meinen Ventilen handelt es sich um handelsübliche 12V DC Magnetventile, sie werden bei diversen Auktionen oft als "Kettenöler" angeboten.
 
Die äußeren Ventile müssen die Tropfen schräg auf die Flugbahn des mittleren Tropfens schießen, sie sind deshalb schräg aufgebaut. Die Einstellung ist allerdings nicht ganz einfach...

Die Beleuchtung

Die Beleuchtung ist wohl einer der schwierigsten Aufgaben bei der Tropfenfotografie. Die Wassertropfen werden NUR durch Blitzlicht beleuchtet, um die schnelle Bewegung einzufrieren. Daher sind Blitze erforderlich, welche sich manuell in der Leistung reduzieren lassen, um eine Leuchtdauer von 1/15000s oder besser noch kürzer zu erreichen. Ist die Leuchtdauer länger, entsteht Bewegungsunschärfe. Andererseits wird ausreichend viel Licht benötigt, um die ganze Szene zu beleuchten. Ein Zwiespalt.
 
Für die Beleuchtung selbst muss sehr viel experimentiert werden, um eine gute Einstellung zu finden. Schon kleine Veränderungen bringen oft schon eine unglaublich große Wirkung. Oft entstehen unerwünschte Spiegelungen, Blitz-Reflexe, Schatten oder überbelichtete Stellen.
Ich unterscheide in zwei Beleuchtungs-Teile: Die Hintergrundbeleuchtung und die direkte Beleuchtung des Tropfens. Für die Hintergrundbeleuchtung verwende ich meist zwei Blitze, welche eine halbtransparente Acrylglasscheibe von hinten beleuchten. Von der Kamera aus gesehen stehen die Blitze also hinter der Scheibe. Die Scheibe streut das Licht, so dass weiche Verläufe entstehen. Um das Licht zu formen, beispielsweise um einen helleren Punkt zu setzen, verwende ich selfmade Röhrchen-Snoots. Damit lassen sich weiche, punktförmige Spots in den Hintergrund setzen.
Wenn der Tropfenfuß zu dunkel wird, beleuchte ich diesen mit einem separaten Blitz direkt von der Seite. Auch hierzu verwende ich einen Snoot, um das Licht nur auf den Fuß des Tropfens zu bündeln.
 
Die Farbe des Hintergrunds entsteht durch Farbfilter-Folien, welche ich direkt vor den Blitz klebe. Diese Filter gibt es in sehr vielen Farbtönen, allerdings wirken sie auf dem Bild oft komplett anders, als es auf den ersten Blick vermuten lässt. Auch hier ist ausprobieren angesagt.

Blitze für die Tropfen-Fotografie

Milchglas Acrylscheibe für die Hintergrundbeleuchtung

Zwei ältere Porst/Regula Blitze, manuell einstellbar

Halbtransparentes Acrylglas

Farbfilter-Folien für die Hintergrundfarbe

Selfmade Röhrchen-Snoots

Farbfilter-Musterheft

Nicht schön, aber hilfreich: Röhrchen-Snoot

Die Kamera

Die Rolle der Kamera wird bei der Tropfenfotografie oft überschätzt. Oft herrscht die Meinung, die Kamera müsste wahnsinnig schnell sein, mindestens 1000 Bilder pro Sekunde schiessen können oder irgendwelche anderen Super-Features haben.
DAS IST NICHT SO!
 
Die Belichtung des Tropfens erfolgt ausschliesslich über das Blitzlicht, die Verschlusszeit der Kamera ist dabei nahezu völlig irrelevant. Der Verschluss muss zum Zeitpunkt des Blitzes vollständig geöffnet sein, ob das nun 1s, 1/30s oder 1/200s ist, ist völlig egal. Beachtet werden muss nur die Blitzsynchronzeit, welche von Modell zu Modell unterschiedlich ist. Die Blitzsynchronzeit ist die kürzest mögliche Belichtungszeit, bei welcher die Verschlusslamellen den Sensor gerade noch vollständig freigeben. Wird eine kürzere Belichtungszeit eingestellt, ist ein Schatten des Verschlussvorhangs auf dem Bild sichtbar. Zu lange sollte die Belichtungszeit allerdings nicht sein, da sonst Störungen durch Umgebungslicht zu sehen sein können.
 
Prinzip:
1. Kamera öffnet den Verschluss vollständig. Evtl vorhandenes Umgebungslicht gelangt aufs Bild. Das sollte vermieden werden!
2. Der Blitz wird ausgelöst. Die kurze Leuchtdauer des Blitzes friert die schnelle Bewegung des Tropfens im Bild ein.
3. Der Verschluss wird geschlossen, die Belichtung beendet.
 
Die Kamera sollte ein gutes Rauschverhalten zeigen. Die Empfindlichkeit (ISO Einstellung) sollte so niedrig wie nötig gehalten werden. Es ist sinnvoll, die Fotos im RAW Modus zu speichern. Besonders in den feinen Farbverläufen im Hintergrund kommt es bei der JPG Komprimierung sonst schnell zu unschönen Tonwertabrissen.
 
Bei der Brennweite empfinde ich 100mm als optimal. Der Abstand vom Wasser ist ausreichend groß bei angenehmer Abbildungsgröße. Auch die Schärfentiefe ist hier akzeptabel. Ich arbeite mit Blenden von F16-F20. Bei längeren Brennweiten oder kleineren Motivabständen wird die Schärfentiefe wieder kleiner. 100mm ist ein guter Kompromiss.
Die Fokussierung muss manuell erfolgen. Eine einfache Möglichkeit ist, einen Gegenstand dort ins Wasser zu stellen, wo der Tropfen auftrifft. Dann kann manuell auf diese Stelle fokussiert werden. Grundvoraussetzung ist eine feste Tropfenposition und ein stabiles Stativ für die Kamera.
 
Für meine Tropfenfotos verwende ich eine Canon 40D mit dem EF 100/2,8 Makro Objektiv.

Nachbearbeitung

Es ist zu empfehlen, die Fotos im RAW Konverter ins TIF Format zu exportieren und dort wenn nötig weiter zu bearbeiten. Ich verwende Photoshop Elements, dort ist leider nur 8-Bit Verarbeitung möglich. Wer sich den "großen" Photoshop leistet, sollte die Möglichkeit, mit 16 Bit zu arbeiten auch nutzen.
 
Folgende Schritte führe ich bei der Nachbearbeitung durch, sofern notwendig:
- Gerade ausrichten
- Beschnitt
- Störende Spritzer und Staub entfernen
- Helligkeit und Kontrast korrigieren
- Weissabgleich im RAW Konverter anpassen
- Rauschen reduzieren (selten)
- Verkleinern und schärfen
 
Ansonsten werden keine Veränderungen am Bild durchgeführt. Was auf den Bildern zu sehen ist, ist Natur!

Unbearbeitetes Originalbild

Finale Version mit Nachbearbeitung

Unbearbeitetes Originalbild

Nachbearbeitete Version

Gesamtaufbau - Übersicht

Zum Abschluss hier noch ein paar Bilder die den Gesamtaufbau zeigen. Er ist natürlich nicht immer exakt gleich, für jede "Tropfenart" wird der Aufbau angepasst. Gerade beim Licht muss auch immer wieder was korrigiert oder verändert werden.

Übersicht Aufbau Tropfensetup

So sieht das Ganze dann aufgebaut aus. Hier mit einem kleinen Tropfgefäß.
Für Fotos mit Spiegelung verwende ich die Wanne (100 x 45cm).

Setup mit sichtbarem Tropfen

Setup mit leuchtenden Blitzen

Hier kann man eine Tropfenskulptur erkennen...

...hier die leuchtenden Blitze

Anfang Mai 2012 hat mich ein Fernsehteam der Deutschen Welle besucht um anlässlich meines Gewinns bei den Sony World Photography Awards für die Sendung Euromaxx einen Beitrag über mich zu drehen.

Der einfache Weg zu einzigartigen Tropfenfotos

Wer die Tropfenfotografie nun wegen dem großen Aufwand doch nicht selber versuchen möchte, aber gerne hochwertige Wassertropfen-Bilder kaufen möchte, in meinem Onlineshop gibt es eine große Auswahl an einzigartigen (Tropfen-) Bildern zum sofort bestellen!

© Tobias Bräuning >> Digitale Hobby - Fotografie >> Reutlingen

© Tobias Bräuning 2014  |
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