Formato sensore e formato di ripresa concorrono al linguaggio di comunicazione fotografica e video. Estetica e look ricercati anche attraverso la scelta della focale ottica, ai correlati angoli di campo e alle risultanti variazioni di distanze percepite tra i piani. Formato di ripresa, focale e distanza del soggetto, influiscono anche su profondità di campo e sull'estensione o riduzione ricercata nel piano di nitidezza a fuoco.

 

Angoli di campo in relazione a focale e dimensione sensore Profondità di campo: focale, distanza soggetto e dimensione sensore
Libertà operativa con DSLR a formato variabile Formato Crop di Nikon D4s
Massima profondità di campo quando richiesta Diffrazione: evitare diaframmi troppo chiusi quando non necessari
Formati di registrazione file video Filmato formati e angoli di campo, conclusioni e link correlati

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FX, DX, e CX rappresentano la nomenclatura con la quale Nikon descrive la dimensione, quindi, la grandezza dei sensori d'immagine utilizzati nelle fotocamere ad ottiche intercambiabili dell'intera gamma. Ogni fotocamera Nikon DSLR e gli obiettivi Nikkor sono progettati in funzione di una dimensione specifica del sensore di immagine. Tutti i sensori di immagine FX, DX e CX di Nikon sono progettati con un rapporto tra il lato maggiore e il lato minore di 3:2. Le diverse dimensioni del sensore d'immagine influenzano l'angolo di campo ripreso, la profondità di campo e, in relazione alla tecnologia correlata alla risoluzione presa in esame, la soglia di insorgenza del rumore digitale con l'accrescere dell'amplificazione ISO. Il formato d'immagine “FX” è il nome che viene dato da Nikon alle fotocamere dotate di sensore detto “Pieno Formato” 24mm x 36mm, noto anche come “Full Frame”. Poiché la sua dimensione è simile a quella della pellicola formato 35mm. Il formato DX è circa il 57% più piccolo come superficie rispetto al formato FX. Il formato CX è circa il 68% inferiore al DX e l'86% rispetto al formato FX come avevamo visto nel dedicato capitolo dell'eXperience “Ripresa e montaggio di un reportage video girato con Reflex DSLR”. Sebbene nel campo video professionale si prediligano Reflex DSLR, con formato sensore Full Frame 24x36mm Nikon FX, per estremizzare gli aspetti di ristretta profondità di campo permessa in abbinata ad obiettivi luminosi, il formato video DX (APS-C), come quello della D5300 e delle DSLR Nikon serie 3000/5000/7000, è il più simile come look e formato immagine (aspect ratio) al mondo cinematografico tradizionale (16:9), avendo dimensione similari alla pellicola cinematografica (22 x 16mm). In questo eXperience ci soffermeremo principalmente sui formati video delle fotocamere reflex Nikon, ma tutte le implicazioni derivanti dall'utilizzo dei vari formati sensore (FX, DX e CX) possono essere valide per tutte le fotocamere presenti sul mercato. Non saranno presi in considerazione i vari formati cinematografici come anche il super 35mm, in quanto ci si rivolgerà esclusivamente in questo articolo agli utilizzatori di fotocamere ad ottiche intercambiabili con capacità di ripresa video. Ricordiamo solamente che il formato DX (APS-C) di Nikon ha dimensioni quasi identiche al formato super 35mm.

Angoli di campo -FOV- in relazione a focale obiettivo e dimensione sensore

L'angolo di campo chiamato anche “Field of View” di un obiettivo è il cono angolare che si estende dal piano focale della fotocamera nello spazio. Il “FOV” dipende dalla diagonale del sensore e dalla lunghezza focale dell'ottica.

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Il formato DX, di dimensioni più contenute del formato FX, contempla alcune variabili sulla corrispondenza focale degli obiettivi utilizzati. Di questi mantiene le caratteristiche ottiche riducendo però l'angolo di campo inquadrato. I sensori formato DX hanno un fattore di Crop di 1,5x rispetto ad un sensore FX. Questo rapporto viene ottenuto dividendo la lunghezza geometrica dei sensori FX e DX tra loro. Nel caso della Nikon D4s utilizzata in pieno formato FX e della D7100 utilizzata in DX, il rapporto tra i loro rispettivi formati è pari a 1,53 (arrotondato a 1,5x). Nel caso della D4s utilizzata in pieno formato FX e della Nikon 1 V3 con sensore in formato CX, il rapporto tra i loro formati è di 2,7x. La Nikon D4s può anche operare in formato ritaglio equivalente al CX quindi potrà, di fatto, offrire scelta dimensioni in relazione ai fini ricercati.

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Il sensore cattura una porzione rettangolare dell'immagine circolare proiettata sul piano focale dall'obiettivo. Nella rappresentazione grafica è mostrata la proiezione circolare dell'immagine di un obiettivo pieno formato FX. Il riquadro blu rappresenta la porzione ripresa dal sensore formato FX; il riquadro rosso la scena ripresa da un sensore DX con lo stesso obiettivo (fattore di Crop 1,5x) e infine il riquadro blu che rappresenta il formato CX (Crop 2,7x). Un'ottica per formato DX o CX montata su una fotocamera FX produrrà un immagine completamente vignettata ai bordi, perché non progettata per coprire completamente il formato sensore FX. Gli obiettivi della serie Micro Nikkor PC-E hanno un cerchio d'immagine più grande pari al medio formato e ciò per permettere, con basculaggi e decentramenti, di inquadrare solo la parte interessata del cerchio di immagine. Si ricordi che le fotocamera in modalità video registrano nel formato 16:9 rispetto al formato 3:2 delle modalità foto; si avrà la comparsa di barre grigie in alto e in basso che delimiteranno l'area di ripresa. Le Nikon della serie D4 permettono di registrare video in pieno formato FX, in formato ridotto DX ma anche in Crop equivalente al formato Nikon CX.
Obiettivi Nikkor FX su Formato FX
Obiettivi Nikkor FX su Formato DX
Obiettivi Nikkor DX su Formato DX
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Gli obiettivi Nikkor disegnati per il pieno formato 24x36 FX possono essere usati su corpi FX ma anche su corpi o su selezioni formati minori come DX o CX. Gli obiettivi Nikkor disegnati per il formato DX potranno essere usati su corpi a formato maggiore FX allineando il formato di ripresa (riducendo manualmente o automaticamente l'area di ripresa attraverso la selezione del formato permessa dalle opzioni Nikon), e su corpi con formati minori CX come nei modi di ritaglio di serie D4 ad esempio, o su corpi di compatte ad ottiche intercambiabili del sistema Nikon 1.

Bisogna fare innanzitutto una precisazione, i formati sensore FX, DX e CX in modalità “video” hanno una dimensione in area e rapporto inferiore rispetto ai loro corrispettivi “foto”. Le fotocamere video HD registrano, infatti, clip video effettuando un ritaglio del formato portandolo a 16:9 e non a 3:2 come succede tradizionalmente con le immagini fotografiche. Durante la registrazione video si avrà la comparsa di barre grigie in alto e in basso sul display che delimiteranno l'area di ripresa. A causa del fattore di Crop, a parità di obiettivo utilizzato, il formato DX sembra mostrare una vista più ingrandita rispetto a quello FX; il campo inquadrato sembrerebbe effettivamente ripreso con una lunghezza focale più lunga, ma in realtà l'obiettivo rimane invariato. A parità di obiettivo utilizzato con il formato DX, l'FX mostra angoli di campo più ampi. Un obiettivo da 24 mm su formato FX lavora come 24 millimetri (ottica grandangolare con un angolo di campo due volte più ampio di un'ottica normale), avendo lo stesso formato della pellicola 35mm. Invece, nel formato DX , lo stesso 24mm sembra comportarsi come un'ottica da 36 millimetri, quindi non sarà più un grandangolare spinto, essendo diminuito l'angolo di campo. Infatti, il campo inquadrato da una fotocamera FX con ottica 24mm sensore passerà dai 73,7° ai 52° del formato DX. L'ottica non avrà più nel formato DX l'angolo di campo di un'ottica grandangolare, bensì riprenderà un angolo di campo più ristretto “equivalente” a quella di un'ottica da reportage.

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Nikon D4s (formato FX), AF-S Nikkor 14-24 f/2,8 G ED, RØDE VideoMic Pro su SmartSlider Reflex motorizzato.
Nikon D610 (formato FX) e AF-S Nikkor 24-70 f/2,8 G ED con filtro ND variabile Nital montato davanti all’ottica.
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La Nikon 1 V3 è la fotocamera ammiraglia delle compatte ad ottica intercambiabile della serie Nikon 1 formato CX.
Il Mount Adapter Nikon FT-1 permette di utilizzare, sul sistema Nikon 1, l’ampia gamma Nikkor e gli obiettivi Nikon F prodotti dagli anni sessanta ad oggi.

Un obbiettivo 200mm che nel formato FX agisce in angolo di campo come un 200mm, nel formato DX può offrire un angolo di campo più ristretto equivalente a un 300mm. L'obiettivo e l'immagine ripresa dalla lente non cambiano, ma semplicemente il formato DX cattura una porzione inferiore dell'immagine che attraversa l'obiettivo (10,3° per l'FX, 6,7° per il DX e 3,8° per il CX). Vale la pena sottolineare che nel caso di utilizzo della stessa lunghezza focale sui due formati FX e DX, a parità di lunghezza focale e di distanza del soggetto, il rapporto di ingrandimento ottico non cambia. Quello che cambia è l'angolo di campo visibile attraverso i due sensori, che nel caso di sensore DX è inferiore.

Le ottiche a pieno formato FX possono essere utilizzate con le fotocamere formato DX e CX (su Nikon 1 attraverso l'adattatore FT-1 mount); mentre gli obiettivi per formato CX e DX non possono essere utilizzati nelle fotocamere a formato pieno perché non coprono l'intero sensore FX (salvo accettare con ottiche DX, di operare su corpi pieno formato FX in formato ridotto DX).

Questa caratteristica consente agli obiettivi DX di essere più piccoli e leggeri, perché non hanno bisogno di una superficie delle lenti maggiore per coprire l'intero sensore FX. Le ottiche DX possono essere utilizzate, attraverso l'adattatore a baionetta FT-1 mount, nelle fotocamere della famiglia Nikon 1 a formato CX. La nomenclatura DX è identificativa del formato e presente sul nome degli obiettivi, come ad esempio nel caso dello zoom Nikkor AF-S DX 10-24mm f/3,5-4,5G ED. Gli obiettivi per formato DX sono più piccoli e leggeri rispetto alle ottiche per formato FX, offrono alte prestazioni a prezzi più accessibili con una varietà di lunghezze focali fisse o zoom.

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Il formato di un’immagine è il rapporto della sua larghezza con la sua altezza. Può essere espresso come rapporto tra 2 numeri interi come 4:3 o in un formato decimale come 1,33:1 o semplicemente 1,33. Diversi rapporti forniscono un diverso tipo di visualizzazione. Oggi il formato HDTV (High Definition Television) “widescreen” ha di default un rapporto pari a 16:9 che corrisponde a circa 1.78:1, molto simile a quello tradizionale di 1.85:1 delle normali produzioni cinematografiche. Oltre a questi due formati dalle proporzioni pressoché simili, il più comune aspect ratio “widescreen” è il “Cinemascope” con aspect ratio di 2.35:1 che è il più utilizzato nei film dal budget elevato (esempio “Il Gladiatore”).

Quando si parla di lunghezze focali e angoli di campo, filmmakers e fotografi possono risultare confusi quando si generalizza sui termini come “lunghezza focale equivalente” e “campo visivo”. Questi termini vengono spesso utilizzati per descrivere le caratteristiche di un obiettivo sui formati sensore delle fotocamere reflex HD. Per aiutare a comprendere appieno questi termini spieghiamo che cosa realmente essi significano in termini molto semplici. Affermare che un sensore di formato DX o CX aumenti la lunghezza focale dell'ottica in uso o agisca come un moltiplicatore di focale è un concetto errato, in quanto la lunghezza focale è un proprietà ottica di una lente e non ha nulla a che fare con la fotocamera e il formato digitale di ripresa. È più corretto parlare di “ angolo di campo corrispondente alla lunghezza focale equivalente”, in poche parole, un sensore di formato inferiore non può mai modificare i parametri ottici di un obiettivo, quindi se si sta scattando con un 300mm nel formato DX o CX, rimane sempre un 300mm, non importa con che macchina fotografica venga innestata l'ottica. Quindi non si può dire che un obiettivo 300mm diventi una lente da 450 millimetri in un corpo DX oppure un 810mm nel formato CX. Quello che invece si ottiene è un ritaglio nell'area centrale del campo ripreso con il conseguente ingrandimento della scena ripresa. In altre parole, circa l'angolo di campo di ripresa, un'ottica 50mm standard corrisponderà in una fotocamera reflex con sensore formato DX ad un 75mm ed un 100mm a un 150mm. Il calcolo viene fatto moltiplicando per 1,5 la focale impiegata. Questo significa per esempio che un obiettivo 24mm montato su una fotocamera formato sensore DX fornirà una visione approssimativa pari a un 36mm. Le immagini riprese con il formato DX (a parità di ottica utilizzata) appariranno ingrandite e “più vicine” rispetto al formato FX. Nel caso di utilizzo di un obiettivo di lunghezza focale di 10mm con una fotocamera di formato CX, l'ottica impiegata sarà equivalente in angolo di campo a una lunghezza focale di 27mm nel formato FX (10mm x 2,7).

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L’ottica ultragrandangolare AF-S Nikkor 14-24mm f/2.8G ED, alla lunghezza focale più corta (14mm) montata su fotocamere formato DX, avrà un angolo di campo (FOV) pari a quello di un 21mm; mentre sul formato CX l’angolo di campo visualizzato sarà corrispondente a quello di un 38mm (Crop 2.7x).
Angoli di campo espressi in gradi riferiti alle varie lunghezze focali nei formati immagine FX, DX e CX. Questa tabella è valida esclusivamente per le ottiche rettilineari e non per obiettivi fisheye.

Come si è osservato in precedenza, la reale lunghezza focale di un obiettivo è una proprietà fondamentale del suo design e non varia in funzione della dimensione del sensore. Il valore di apertura del diaframma massimo, serigrafato su un obiettivo, rappresenta una designazione numerica per indicare la luminosità massima a tutta apertura. Il valore numerico del diametro dell'apertura di diaframma deriva dalla reale lunghezza focale dell'obiettivo. Esso esprime il diametro della pupilla di ingresso della lente come frazione della reale lunghezza focale della lente. Ad esempio il diaframma f/4 rappresenta un diametro della pupilla di ingresso che è un quarto della lunghezza focale dell'ottica. Se l'obiettivo fosse un 400mm, f/4 indicherebbe un diametro della pupilla d'ingresso pari a 400/4 = 100mm.
Ne consegue che la dimensione del sensore non influenza l'apertura del diaframma. In altre parole un'ottica f/4 montata su una fotocamera formato FX, sarà anche f/4 innestata su una fotocamera con sensore DX o CX.
A differenza di un moltiplicatore di focale che ingrandisce l'immagine diffondendo la luce catturata dall'obiettivo su un'area più grande, con la conseguente leggera perdita di luminosità equivalente al fattore di ingrandimento del moltiplicatore; con la variazione di formato immagine non si ha nessuna perdita di luce quando si utilizza uno specifico obiettivo su una fotocamera formato DX o CX.

FX
1.0x
14.0mm
24mm
28mm
35mm
40mm
50mm
65mm
70mm
135mm
150mm
400mm
500mm
800mm
DX
1.5x
9.3mm
16mm
19mm
23mm
27mm
33mm
43mm
47mm
90mm
100mm
267mm
333mm
533mm
CX
2.7x
5.1mm
9mm
10mm
13mm
15mm
18mm
24mm
26mm
50mm
55mm
147mm
183mm
267mm
La tabella mostra la lunghezza focale in millimetri per i formati sensore più comuni. Il “FOV” mostra il campo visivo espresso in gradi per le lunghezze focali elencate. La riga superiore mostra il “FOV” diagonale e la riga successiva il “FOV” orizzontale per sensori con rapporto tra i lati 3:2. È possibile utilizzare la tabella per comparare le lunghezze focali delle varie tipologie di classe di obiettivi conoscendo le dimensioni del formato sensore della fotocamera. Ad esempio, se si volesse utilizzare un obiettivo di lunghezza “normale” a focale fissa, corrispondente ai famosi 50 millimetri su sensore in formato FX, montato su una fotocamera con un sensore DX, la tabella indica che il valore corrispondente esatto è pari a 33mm. Tuttavia, un obiettivo da 33 millimetri non è presente sul mercato. In questo caso, si dovrà scegliere tra un 35mm fisso oppure un’ottica zoom.

È fondamentale ricordarsi che il formato FX garantisce il mantenimento dell'angolo di campo degli obiettivi grandangolari progettati per il Full Frame; a parità di lunghezza focale utilizzata avremo un campo di ripresa più largo rispetto al formato DX e CX. Il formato FX presenta una minore profondità di campo che potrebbe essere un vantaggio quando si cerca di sfocare maggiormente lo sfondo della scena ripresa. Il vantaggio significativo del formato DX (esclusi il costo e il peso inferiore delle fotocamere) è che aumenta l'ingrandimento apparente delle ottiche, ottenendo un effetto “tele” rispetto al formato FX. Il formato DX è il formato più consigliato nelle riprese sportive o di fauna selvatica.

Dimensione dei sensori
Tabella di conversione
Lunghezza Focale (mm)
FX
DX
CX
1x
1,5x
2,7x
 
 
 
12
18
32,4
14
21
37,8
20
30
54
24
36
64,8
28
42
75,6
35
52,5
94,5
50
75
135
85
127,5
229,5
105
157,5
283,5
135
202,5
364,5
180
270
486
200
300
540
300
450
810
400
600
1.080
500
750
1.350
600
900
1.620

Profondità di campo in relazione a focale obiettivo, distanza soggetto e dimensione sensore

La differente profondità di campo percepita nell'utilizzo di diversi sensori d'immagine appare come un concetto non facile da assimilare. Per comprendere appieno questo concetto si considererà la profondità di campo ottenuta utilizzando un obiettivo sui diversi sensori d'immagine e definendo il fattore di Crop. Il fattore di Crop descrive il campo di visione delle ottiche utilizzate rispetto alle diverse dimensioni del sensore.
Tipicamente il fattore di Crop è un numero che viene utilizzato come riferimento tra i vari sensori; il sensore base di riferimento è quello FX (Full Frame) con fattore di crop pari a 1 (hanno le stesse dimensioni). La scelta della profondità di campo (“depth of field”) da dare durante le riprese video è molto soggettiva; vale la pena sottolineare che sia con il formato sensore FX che quello DX, a parità di lunghezza focale e di distanza del soggetto ripreso, il rapporto di ingrandimento ottico non cambia. Quello che varia è l'angolo di campo visibile attraverso i due sensori, che nel caso di sensore DX è inferiore. La profondità di campo è direttamente correlata alla lunghezza focale, all'apertura del diaframma e alla distanza del soggetto. La profondità di campo diminuisce all'aumentare della lunghezza focale e con l'utilizzo di diaframmi aperti. La relazione tra dimensioni del sensore e profondità di campo deriva dalla lunghezza focale. Poiché sensori di dimensioni minori richiedono lunghezze focali più piccole per ottenere lo stesso campo visivo di quelle di formato superiore, la PDC sarà maggiore a parità di campo inquadrato nei sensori di piccole dimensioni. Infatti, a parità di angolo di campo ripreso tra i formati DX e FX alla stessa distanza di messa a fuoco, nel caso di utilizzo di un'ottica di lunghezza focale 24mm in una fotocamere DX otterremo una PDC maggiore rispetto ad un'ottica di 36mm (24mm x 1,5) su formato FX.

Nel caso delle Nikon 1 e del Nikkor VR 10-30mm f/3.5-5.6, sono queste corte lunghezze focali, insieme all'apertura di diaframma dell'obiettivo, a determinare la PDC della fotocamera.

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La Nikon D610 permette di riprendere filmati in Full-HD nei formati Area Immagine FX e DX a24/25/30fps.


Ad esempio se si riprendesse la medesima scena con una Nikon D5300 e si volesse ottenere la stessa PDC del formato FX, sarebbe necessario agire sull'apertura aprendo il diaframma di una valore maggiore di 1,2 stop. La variazione della profondità di campo può anche essere calcolata attraverso il fattore di Crop. Per ottenere la stessa PDC su due fotocamere con sensori di dimensioni differenti, si deve aprire il diaframma nella fotocamera con il sensore più piccolo di una certa quantità di f-stop pari al numero f che si ottiene dividendo l'apertura dell'obiettivo utilizzato dalla fotocamera con sensore di dimensioni maggiori diviso il fattore di Crop dell'altro formato. Ad esempio nel caso di impiego di una focale F=105mm f/2,8 in una fotocamera con sensore FX, per ottenere nel formato DX lo stesso angolo di campo (FOV) e la stessa PDC, si dovrà aprire il diaframma fino al valore:

Apertura diaframma / fattore di Crop = diaframma equivalente per ottenere la stessa PDC e stesso angolo di campo tra i due formati sensori di riferimento

2,8/1,5 = f/1,8 Focale = 105mm/1,5 = 70 millimetri.

Esaminando la tabella delle variazioni della profondità di campo in funzione del formato sensore ci si dovrebbe rendere conto del perché è così difficile ottenere una PDC “ristretta” su fotocamere con piccoli sensori. Nel caso del formato CX la variazione di stop per ottenere la stessa PDC del formato FX è di 2,9 stop. Ciò significa che una Nikon 1 V3, nel caso di utilizzo di un'ottica f/2,8, avrà lo stessa PDC di una fotocamera formato FX f/8 a parità di angolo di campo.

Non vi è alcun modo per riprodurre lo stesso angolo di campo e la PDC molto ristretta nei formati “ridotti” di alcune ottiche superluminose; ad esempio come nel caso di un'ottica specialistica da ritratto come il Nikkor AF-S 85mmf/1.4 G. In teoria, per ottenere la stessa PDC e lo stesso angolo di campo nel formato DX, si dovrebbe utilizzare un obiettivo con focale 57mm f/0.9; una lente inesistente sul mercato, sia per la complessità di progettazione che i costi proibitivi per la realizzazione; la presenza di gruppi ottici di elevate dimensioni comporterebbe inoltre un aumento considerevole del peso dell'obiettivo.
La PDC dipende quindi principalmente dal formato di ripresa selezionato (FX, DX e CX), dall'apertura del diaframma utilizzato (aumenta al crescere dei valori di apertura); dalla distanza del soggetto ripreso (aumenta la PDC al crescere della distanza) e infine dalla lunghezza focale (la PDC è minore con focali più lunghe).

FX
Lunghezza Focale (mm)
Apertura max
Foro diaframma (mm)
14
2,8
5,0
20
2,8
7,1
24
1,4
17,1
28
1,4
20,0
35
1,4
25,0
50
1,4
35,7
85
1,4
60,7
105
2,8
37,5
135
2
67,5
180
2,8
64,3
200
2,8
71,4
300
2,8
107,1
400
2,8
142,9
500
4
125,0
600
4
150,0
 
DX
Lunghezza Focale
(mm)
Apertura
Max
9,3
1,8
13,3
1,87
16,0
0,93
18,7
0,93
23,3
0,93
33,3
0,93
56,7
0,93
70,0
1,87
90,0
1,33
120,0
1,87
133,3
1,87
200,0
1,87
266,7
1,87
333,3
2,67
400,0
2,67
Tabella di conversione teorica lunghezza focale - apertura di diaframma (tutta apertura) formato FX a DX per ottenere a parità di distanza di messa a fuoco la stessa profondità di campo e lo stesso angolo di campo.

 

Formato sensore
Crop
Diagonale sensore (mm)
lung. x alt. (mm)
Variazione (EV)
CX
2,7x
15,9
13,2x8,8
2,9
DX
1,5x
28,4
23,5x15,6
1,2
FX
1,0x
43,3
36,0x24,0
 
Tabella di conversione teorica diaframmi formato DX e CX per ottenere la medesima PDC del formato FX. A titolo d’esempio per ottenere la stessa profondità di campo di un’ottica 105 f/2,8 formato FX nel formato CX, si dovrebbe possedere un 39mm di focale f/1; mentre nel formato DX si dovrebbe utilizzare una focale 70mm con apertura f/1,8.