Насколько точны данные спортивных часов и стоит ли им верить?

Я не фанат тестов, но время от времени во мне просыпается интерес из разряда "а что, если..". Сегодня прокатился на велике, посмотрел записанную тренировку (использую Huawei Watch GT4) и стало мне интересно, как строятся эти графики, откуда берутся цифры и насколько им можно верить.
Технического образования нет, но есть ИИ с самой актуальной моделью по состоянию на первую половину апреля 26 года и желание разобраться)
А чтобы текст был полезен не только мне, попросил добавить самые популярные часы от разных лагерей: Apple Watch 10, Garmin Forerunner 965 и Xiaomi S4. Понятно, что ценовые категории разные, точность датчиков разная, но пускай будет:) Погнали

Введение.
Вышел на пробежку, на экране цифры: пульс 153, темп 5:30, калории 487, каденс 165.
Часть этих данных реально точная, часть — приблизительная, а часть — откровенно грубая прикидка

Разберемся, что есть погрешность. Я пробежал точно 10 километров по размеченному стадиону(считая круги, все как надо) Часы показали 9.85 км. Разница — 150 метров, или 1,5%. Это погрешность.

А теперь другой пример - спортсмен сжёг ровно 500 калорий (проверено в лаборатории с газоанализатором — это такая маска, через которую дышишь, и прибор точно считает, сколько кислорода потребил). Часы показали 640 калорий. Разница — 140 калорий, или 28%. Вот это уже не круто)

*И чтобы понять, погрешность у устройства или уже капитальная ошибка, в научных статьях используют несколько показателей. *

MAPE (средняя ошибка в процентах): показывает, на сколько процентов в среднем часы ошибаются. Если MAPE = 5%, значит при реальных 100 ударах пульса часы покажут что-то между 95 и 105. Чем меньше — тем лучше.
Корреляция (r): число от 0 до 1, которое показывает, насколько данные часов «совпадают по направлению» с реальностью. r = 0.99 — почти идеально (когда пульс растёт, часы это видят). r = 0.70 — часто мимо. Но! Даже при r = 0.99 часы могут систематически завышать или занижать значение.
Limits of Agreement (± сколько-то): показывает диапазон, в который попадает 95% измерений. Если написано «±10 уд/мин», значит в 95% случаев ошибка не превысит 10 ударов в любую сторону. Но в 5% случаев ошибка может быть и больше.

Теперь углубляемся в механизмы измерения пульса)

На задней стороне часов есть зелёные (иногда красные и инфракрасные) светодиоды. Они просвечивают кожу и капилляры под ней. Когда сердце выталкивает кровь — капилляры наполняются, и свет поглощается сильнее. Когда сердце расслабляется — крови меньше, свет отражается лучше. Фотодатчик ловит эти мигания и считает. Это называется PPG — фотоплетизмография. По сути — фонарик + камера.

Каждый производитель считает немного по своему. Больше всего исследований по часам Apple ( не зря у них такие маркетинговые бюджеты))
Apple Watch демонстрирует лучшую точность ЧСС среди рассмотренных платформ: мета-анализ 82 исследований показал MAPE 2–4% с корреляцией r = 0.99 в покое. Garmin исторически показывает несколько большую погрешность на запястье, что связано с меньшим количеством фотосенсоров и менее плотным прилеганием некоторых моделей

Теперь к тому, почему показатели могут считаться неккорректно:

1. Тряска. Когда бежишь быстро движешься, рука трясётся — и датчик ловит «шум» вместо пульсаций крови. Алгоритм пытается отфильтровать тряску, но не всегда успевает.
2. Пот. Влага между кожей и датчиком меняет то, как свет отражается. Датчик начинает «скользить» по мокрой руке.
3. Сужение сосудов. При интенсивной нагрузке кровь перенаправляется к мышцам, капилляры на запястье сужаются — и сигнал слабеет. Я при тренировках всегда затягиваю часы потуже. На остальное повлиять не особо могу)

Чтобы эту неточность исправить, есть отдельные пульсометры(нагрудные или оптические на руку).

Нагрудные работают иначе: регистрируют электрические импульсы сердца через электроды на коже груди. По сути, мини-ЭКГ. Результат не зависит от освещения, тряски или пота потому что измеряет электрический сигнал, а не свет.
Точность нагрудного ремня: 99,6% совпадение с медицинским ЭКГ. Запястный датчик: 67–92%.

Теперь про оптические датчики на предплечье (типа Polar Verity Sense, Wahoo TICKR FIT, Coospo HW807) — это тот же PPG-фонарик, что и в часах, но расположенный в более выгодном месте. И если вкратце, брендовые датчики дают практически тот же результат, как и нагрудные)

Общий вывод по точности измерения пульса : точнее всего, очевидно. нагрудный датчие (Polar H10 и подобные) — ошибка менее 1 уд/мин, rc = 0.997. Затем идёт оптика на плече/предплечье (Polar Verity Sense и подобные) — ошибка 1–3 уд/мин. И на последнем месте — оптика на запястье (часы) — ошибка 5–15 уд/мин в зависимости от интенсивности.

А теперь к калориям, тут уже интереснее.

Часы НЕ измеряют калории. Вообще. Никакой датчик не может посчитать, сколько энергии ты потратил. Часы это ВЫЧИСЛЯЮТ по формуле, куда подставляют:
• Пульс (чем выше — тем больше калорий, по идее)
• Твой вес, рост, возраст и пол (из настроек)
• Тип активности (бег vs велосипед vs ходьба)
• Данные акселерометра (насколько активно ты двигаешься)

Проблема в том, что два человека одного веса и роста могут тратить на один и тот же бег совершенно разное количество калорий. Тренированный марафонец бежит «экономично» — его мышцы работают эффективно. Новичок при том же темпе тратит на 20–30% больше энергии. Часы этого не знают. И да, ветер/холод тоже решают))

Garmin Forerunner 965 использует технологию Firstbeat Analytics. Это не просто формула «пульс × вес», а целая модель, которая анализирует вариабельность пульса (не только частоту, но и разброс интервалов между ударами). На основе этого оценивает потребление кислорода (VO2) в реальном времени и переводит кислород в калории (1 литр O2 = ~5 ккал)
Результат: ошибка ~7% при использовании нагрудного датчика. С запястным — 15–25%, потому что сам пульс менее точен.
Apple Watch Series 10 использует свой закрытый алгоритм (Apple не публикует детали). Мета-анализ 82 исследований показал среднюю ошибку ~28%. Huawei и Xiaomi используют похожие подходы на основе пульса + акселерометра, но независимых научных проверок для них почти нет. Поэтому тут как вначале статьи - мне пофиг, я так чувствую))

Затронем акселерометр(считает шаги и каденс в беге). Шаги нам не особо актуальны, а вот про каденс полезно будет.
Акселерометр — чип, который чувствует ускорение. Когда шагаешь, рука делает характерное маятниковое движение. Алгоритм считает эти «махи». Это самая точная метрика: ошибка всего 2–8%. Проблемы возникают при очень медленной ходьбе (рука не качается), при жестикуляции (ложные шаги) и при толкании коляски (руки неподвижны — шаги не считаются).
Каденс — это сколько шагов ты делаешь за минуту. Часы определяют каденс по акселерометру: считают пики ускорения. Это работает очень точно (±1–2 шага/мин), потому что не зависит от GPS, погоды или физиологии.
Кстати, вот ориентиры по каденсу для бега)
У начинающих бегунов каденс обычно 150–165 шагов/мин, у бегунов среднего уровня — 165–180, у продвинутых и элитных — 180–200. На медленной восстановительной пробежке даже у профи каденс падает до 170, а на спринтерском финише марафона может быть 200+

И последняя интересная мне метрика - максимальное потребление кислорода.
VO2max — это показатель аэробной формы. Чем выше, тем больше кислорода организм способен использовать, и тем быстрее и дольше ты можешь бежать. Есть и неочевидная выгода - чем он выше, тем выше шанс долголетия))
Часы оценивают VO2max так: смотрят на соотношение скорости и пульса. Если бежишь быстро при относительно низком пульсе — значит, форма хорошая. Если медленно, а пульс высокий — форма похуже.
Точность: ±2–6 мл/кг/мин. Это значит, если лаборатория показала 50, часы могут сказать от 44 до 56. Годится только для отслеживания прогресса (растёт или падает) . Во всех остальных случаях нужно проф. оборудование. Хорошая новость - у Тристайла есть партнеры в этом вопросе))

Итоговая таблица по мнению самой современной ИИ модели на момент апреля 26 года выглядит вот так)

Каденсу в беге верить можно, пульсу с нагрудником верить можно, расстоянию верить можно)

Пишите, что думаете и какие у вас вопросы возникают при тренировках)