это вполне логично. количество секунд остается прежним — 1с, а вот количество кадров, которое надо успеть сделать в эту секунду, увеличивается — соотв. нужно порезать выдержку у каждого кадра, т.е. максимальная выдержка будет 1/120, и это при «неизменных» остальных параметрах. поэтому картинка становится темнее. чтобы хоть что-то видеть при этом, камера поднимает чувствительность матрицы — отсюда шум.
это с точки зрения оптики) есть еще куча всяких цифровых ухищрений внутри камеры, которые влияют на изображение как положительно, так и негативно.