Оценка интенсивности электромагнитных излучений от смартфонов в режиме видеосвязи

Введение. В 20-е годы XXI века актуализировалась проблема электромагнитного облучения участников видео-конференц-связи (ВКС). Глобальное массовое использование таких сервисов связывают в первую очередь с требованиями самоизоляции во время пандемии коронавирусной инфекции. В числе других причин — мобильность студентов и работников, распространение удаленного или гибридного режима работы, снижение розничных цен мобильных устройств с поддержкой видеосвязи. Трансформацию можно иллюстрировать таким примером. До пандемии общеизвестным было одно бесплатное решение. Время самоизоляции пополнило список сразу шестью продуктами с таким функционалом. Позже появились еще два [1].

С 2019 года для большей доступности видеосвязи используются программно-аппаратные терминалы, серверные системы, облачные сервисы, приложения для смартфонов. В российском сегменте удаленного общения лидируют «Яндекс Телемост», «ВК Звонки», «МТС Линк», Мах.

Возникающие во время ВКС неионизирующие электромагнитные радиоволны могут вызывать локальный нагрев тканей. Требует детальной проработки вопрос, насколько это вредно. Как выяснили авторы представленной статьи, имеющиеся в открытом доступе публикации не учитывают массовое применение видеоконтента на мобильных устройствах. Отсюда гипотеза об усилении электромагнитного излучения (ЭМИ) от смартфонов при современных сценариях использования ВКС. С учетом сказанного выше целесообразно определить влияние Wi-Fi на значения ЭМИ. Именно эта проблема в литературе не освещается, хотя есть исследования по оценке влияния на организм человека мобильных телефонов в режиме разговора, то есть при целевом использовании аппарата. Никитина В.Н. и Вторникова Н.И. отмечают неблагоприятное для человека повышенное тепловое воздействие электромагнитного излучения [2]. В первую очередь неблагоприятное влияние сказывается на головном мозге [3], зрительном и слуховом анализаторах, щитовидной железе [4]. По некоторым данным, непосредственный контакт мобильного телефона с головой человека обусловливает риск отдаленных последствий и увеличивает вероятность опухолей мозга [5], болезни Альцгеймера, ранней деменции [6].

Хорсева Н.И. [7] отмечает утомление, значимые ухудшения показателей работоспособности, сенсомоторных реакций, утомления, когнитивных функций у детей и подростков из-за использования мобильной связи. Бельпом Д. и Рахманин Ю.А. доказывают, что мобильные телефоны — причина изменений в нейроразвитии и нейробиологическом поведении [8], а также нарушений памяти, обучения, внимания и поведенческих проблем у детей [9].

Прямой контакт устройства с головой человека однозначно объясняет выявленное негативное воздействие на нервную систему и анализаторы. Но есть и другие, неочевидные зависимости, которые требуют дальнейшего изучения. Так, использование мобильных телефонов более четырех часов в день сказывается на репродуктивности мужчин [10], и женщин [11].

Таким образом, можно утверждать, что внимание исследователей фокусируется на изучении рисков, связанных с разговорами по мобильной связи без наушников, когда аппарат соприкасается или почти соприкасается с головой. Не рассматривается ситуация, когда абонент пользуется видео-конференц-связью, не определяется ЭМИ для таких случаев. В рамках данной работы впервые предпринимается попытка устранить указанный пробел и впоследствии предложить рекомендации безопасности. Аналогичные изыскания не проводились. Цель исследования — определение уровня электромагнитного излучения от смартфонов во время сеанса видеосвязи через мобильный интернет и Wi-Fi.

Для достижения заявленной цели реализуются следующие задачи:

— определение величин максимальных и средних значений электромагнитного излучения (плотности потока энергии, ППЭ) на расстоянии 0 см и 15 см от верхних и нижних динамиков двух аппаратов (смартфонов) при сеансах видеосвязи;

— оценка влияния использования Wi-Fi на величину ЭМИ;

— выявление точек максимальных значений ЭМИ в смартфонах.

Материалы и методы. Уровень электромагнитного излучения от смартфонов измерялся прибором ПЗ-41. В комплект входят три антенны-преобразователя: АП-1, АП-2, АП-3. Высокочастотное электромагнитное поле преобразуется в постоянное напряжение, которое подается на измерительное устройство, обеспечивающее обработку информации и визуализацию параметров измеряемого электромагнитного поля (ЭМП) на табло. Производитель — ООО «СКБ ПиТОН», г. Нижний Новгород.

С помощью антенны АП-1 фиксировались максимальные и средние значения плотности потока энергии (ППЭ_макс, ППЭ_средн, мкВт/см²) при следующих условиях:

— время усреднения измеряемого параметра, выводимого на табло прибора, — 1 минута;

— диапазон измеряемых частот — 0,3–40 ГГц;

— плотность потока энергии — 0,26–100 000 мкВт/см²;

— частота для определения ППЭ — 2450 МГц.

Отметим, что российские операторы сотовой связи работают с абонентскими диапазонами от 790 МГц до 2700 МГц. Для стандартов передачи мобильных данных 4G (LTE) используется частота 2600 МГц [12]. При применении технологии Wi-Fi рабочая частота — 5150–5850 МГц.

На рис. 1 показана работа прибора ПЗ-41 по оценке ППЭ на частотах 2450 МГц и 5150 МГЦ с измерением максимальных и средних значений при экспозиции в течение 1 минуты.

ППЭ измеряли на кафедре пожарной безопасности Академии гражданской защиты МЧС России на лабораторном стенде, имитирующим рабочую поверхность с прикрепленной масштабно-координатной бумагой. Смартфон крепился к диэлектрическому штативу в вертикальном положении (МУК 4.3.2501–09¹), а измерительный прибор с антенной — к специальному держателю. Антенна ПЗ-41 находилась на расстоянии 0 и 15 см от верхнего и нижнего динамика смартфона (рис. 2).

Тестировались два мобильных устройства разных операторов связи, одного года выпуска. Каждое было в эксплуатации 2,5 года.

Характеристики аппарата 1:

— операционная система iOS (iPhone 14 Рro);

— версия iOS — 26.3.1(а);

— емкость памяти устройства — 128 ГБ;

— оператор связи — «Теле2».

Характеристики аппарата 2:

— операционная система Android (Samsung Galaxy A35 5G);

— версия — Android 14;

— емкость памяти устройства — 128 ГБ;

— оператор связи — «МТС».

Смартфоны тестировались:

— без включения модулей Bluetooth и NFC (всегда);

— с работающим модулем Wi-Fi (отдельно указано) и с отключенным Wi-Fi.

Видео передавалось с помощью сервиса «Яндекс Телемост». Продукт российской компании «Яндекс» для организации видео-конференц-связи работает с лета 2020 года на платформах iOS и Android.

Для создания постоянного эфира видео-конференц-связи на планшете (аппарат 3) воспроизводилось обучающее видео со звуком. Контент с помощью смартфона 1 передавался смартфону 2. Аппараты 1 и 2 находились в удаленных друг от друга помещениях. Во время эксперимента моделировалось создающее помехи движение людей, их активная жестикуляция рядом с телефоном. В таблицах такие случаи помечаются *. Данные, полученные при плохом интернет-соединении, помечаются #.

При использовании Wi-Fi расстояние до роутера не превышало 10 м, с учетом преграды в виде железобетонной стены.

Рассматривалась гипотеза об усилении ЭМИ при работе смартфона в режиме видеосвязи. Для оценки ее корректности определялось ЭМИ аппаратов в режиме звонка, без отключения Wi-Fi.

При измерении ЭМИ аппарата 1 в режиме разговора получены следующие усредненные результаты:

— 0 см от нижнего динамика — ППЭ_макс = 1,101 мкВт/см², ППЭ_средн = 0,258 мкВт/см²;

— 0 см от верхнего динамика — ППЭ_макс = 0,633 мкВт/см², ППЭ_средн = 0,221 мкВт/см²;

— 15 см от нижнего динамика — ППЭ_макс = 0,396 мкВт/см², ППЭ_средн = 0,014 мкВт/см²;

— 15 см от верхнего динамика — ППЭ_макс = 0,276 мкВт/см², ППЭ_средн = 0,027 мкВт/см².

Мы видим небольшие значения ППЭ в режиме разговора, особенно при удалении на расстояние 15 см. Полученные данные важны для сравнения результатов ППЭ в режиме видеозвонка.

Результаты исследования. В таблицах 1–4 представлены итоги измерений ППЭ_макс и ППЭ_средн в режиме видеозвонка в двух контрольных точках — на расстоянии 0 см и 15 см от верхнего и нижнего динамиков смартфонов на частоте 2450 МГц. В таблицах в соответствии с хронологией измерений приводятся по пять значений ЭМИ. Измерения 1–5 проводились в один день, в одной и той же последовательности.

В таблице 5 сведены усредненные значения по пяти измерениям, представленным в таблицах 1–4, а также превышение показателей ППЭ, зафиксированное у смартфона на платформе iOS по сравнению с Android. Это превышение определяется как частное от деления большего значения на меньшее. Подчеркнем, что показатель iOS почти во всех экспериментах оказался выше, чем у Android.

Обсуждение. Данные таблиц 1–5 позволяют сделать десять обоснованных утверждений.

1. У аппарата 1 при измерении на расстоянии 0 см от динамиков с использованием Wi-Fi более высокие значения ППЭ фиксируются у нижнего динамика (6,159 мкВт/см² и 3,105 мкВт/см²). Соответствующие показатели у верхнего динамика — 4,722 мкВт/см² и 0,549 мкВт/см². На расстоянии 15 см в значениях ППЭ_макс и ППЭ_средн нет принципиальных различий. Показатели для ППЭ_макс — 2,004 и 2,065; для ППЭ_средн — 0,982 и 0,854. Это подтверждает принцип безопасности «защита расстоянием». Интенсивные помехи вблизи смартфонов серьезно не повлияло на ППЭ, в отличие от нестабильного интернета, который вдвое увеличил среднее значение (таблица 1).
2. Для аппарата 1 без Wi-Fi на расстоянии 0 см получены сверхвысокие значения у нижнего динамика: ППЭ_макс — 65,132 мкВт/см², ППЭ_средн — 43,903 мкВт/см². У верхнего фиксируются показатели 23,049 и 14,796 соответственно, и они в 10 с лишним раз больше полученных с включенным Wi-Fi. На расстоянии 15 см значения ППЭ_макс и ППЭ_средн у нижнего динамика уменьшаются в 10 раз. Помехи почти не влияют на результат (таблица 2).
3. У аппарата 2 на расстоянии 0 см с Wi-Fi у верхнего динамика фиксируются значения 2,589 (максимальное) и 0,985(среднее). Это больше, чем у нижнего (0,933 и 0,246 соответственно). На расстоянии 15 см от верхних и нижних динамиков не выявлены принципиальные различия. Для ППЭ_макс — 0,392 и 0,305; для
   ППЭ_средн — 0,013 и 0,010 (таблица 3).
4. У аппарата 2 без Wi-Fi при измерении на расстоянии 0 см фиксируются сверхвысокие значения у верхнего динамика 21,828 для ППЭ_макс и 12,220 для ППЭ_средн. Соответствующие результаты замеров у нижнего динамика — 3,598 мкВт/см² и 1,856. На расстоянии 15 см значения ППЭ_макс и ППЭ_средн уменьшаются в 5–7 раз у верхнего динамика и примерно в 1,5 раза — у нижнего. Установлено, что помехи могут как снижать, так и повышать ППЭ. Однако закономерность еще предстоит выяснить (таблица 4).
5. Использование технологии Wi-Fi в режиме видеосвязи позволяет снижать ППЭ_макс и ППЭ_средн в 3,1–26,9 раза для аппарата 1 и в 3,8–167,5 раза для аппарата 2 (таблица 5).
6. С использованием технологии Wi-Fi в режиме видеосвязи ППЭ_средн снижается более существенно, чем ППЭ_макс. Это верно для обоих аппаратов (таблица 5).
7. Более высокие значения ППЭ на расстоянии 0 см отметили у нижнего динамика аппарата 1 и у верхнего динамика аппарата 2. Это обусловлено конструктивными особенностями (таблица 5).
8. В сравнении с аппаратом 2 у аппарата 1 превышение ППЭ больше и доходит до 85 раз. Такой результат получили при измерениях у нижнего динамика на расстоянии 15 см с Wi-Fi (таблица 5).
9. Наибольшее снижение ППЭ_средн у аппарата 2 — в 115 раз и в 167 раз для нижнего и верхнего динамика соответственно. Такие показатели фиксируются на расстоянии 15 см с Wi-fi (таблица 5).
10. При сбоях в интернет-сети значения ППЭ увеличиваются.

Полученные результаты подтверждают выдвинутую гипотезу об увеличении электромагнитного излучения при видеозвонках по смартфону. Проведенное исследование устраняет пробел в данной области знаний. Открываются перспективы многочисленных исследований по детализации и углублению мониторинга ЭМИ-излучения при использовании смартфона для ВКС, онлайн-игр, виртуальной и дополненной реальности и пр.

Значимым результатом исследования можно считать выявленное существенное снижение электромагнитного излучения при использовании технологии Wi-Fi на смартфоне в режиме видеосвязи. Это можно объяснить особенностями связи через Wi-Fi: благодаря малому радиусу действия роутера смартфону не нужен мощный передатчик.

Заключение. Экспериментально подтвержден принцип «защиты расстоянием»: при удалении от смартфона на 15 см электромагнитное излучение снижается. Значит, можно рекомендовать безопасный способ видеосозвонов: следует использовать держатели для гаджетов, чтобы создать дистанцию между человеком и аппаратом, не носить устройство на теле, не прислонять к себе и удалять не менее чем на 15 см во время видеосвязи.

У разных моделей мобильных устройств высокие значения ЭМИ фиксируются в разных точках, что объясняется конструктивными особенностями смартфонов. Для аппарата на платформе iOS высокие значения обнаружили у нижнего динамика на платформе Android — у верхнего. Пользователям следует изучить конструкцию аппарата для формирования правил собственной безопасности. Необходимо продолжение исследований для построения полей ЭМИ персональных подвижных систем сотовой связи.

Доказано, что из-за особенностей работы передатчика сбой в интернет-связи ведет к увеличению значений плотности потока энергии, о чем следует уведомить пользователей.

Полученные результаты имеют практическое значение и открывают перспективы дальнейших изысканий. В их числе могут быть:

— построение полей пространственного распределения плотности потока энергии от смартфона в режиме видеосвязи,

— проведение аналогичных измерений с другими моделями смартфонов,

— разработка рекомендаций безопасной работы,

— нормирование ЭМИ при удаленном общении с помощью смартфонов.