跑表为什么有时心率测不准？冬季跑步飘得更厉害吗？|心脏|手表|步频|跑步|跑表

运动手表、运动手环已经成为跑步以及其他运动爱好者不可或缺的重要可穿戴设备。

它们在帮助跑者记录心率、跑量，评估运动强度、反映运动效果等方面发挥重要作用。

但跑者在使用跑表过程中，有没有注意到心率，特别是高心率时测量精度严重下降，而进入到冬季之后，特别是在北方，心率似乎飘得更厉害。

本身跑步时心率大约在140-150左右，而跑表显示的心率时而高达180-190，时而又低到100-120，实在让人哭笑不得。

☟这是一名全马330水平跑者冬季两次实际训练的心率表现，一次10公里训练时，配速515，不算快，但平均心率高达176。

而该名跑者主观疲劳感觉并不是太累，预计当时心率最多只有160，而另外一次场地5公里跑，平均配速心率501，平均心率又只有100。

显然这次5公里跑平均心率肯定不可能那么低，需要说明的是这两次跑步室外温度都比较低，大约5-8度左右。

那么为什么冬季跑步似乎跑表心率测量更容易飘呢？

本文做一详解。

跑步手表从测量技术方面主要分为两类：一类是心电测量技术，一类是光电测量技术。

心电测量准确可靠，但由于必须使用心率带，一些跑者会觉得有束缚感，而光电测量技术则完全不需要额外再使用心率带，大大减轻了跑者负担从而受到跑者青睐，光电手表似乎有越来越取代心率带手表的趋势。

跑表心率测量不准的情况通常只会发生在光电手表中，并且往往低心率时各家品牌的光电手表基本都准确，高心率比如当心率超过160时，基本上哪家的精度都好不到哪儿去？这是什么原因呢？

光电手表的测量原理

光电手表的测量方法学名“光电容积脉搏波描记法”，英文表达为Photo Plethysmo Graphy，简称PPG技术，其基本原理是这样的：

当光束照射到皮肤表面时，光束可以穿透皮肤，然后通过透射或反射方式传送到发光源旁边的光接收器，在此过程中由于受到皮肤、肌肉、血液的吸收衰减作用，接收器检测到的光强度将减弱。

像皮肤、肌肉和其他组织对光的吸收是基本不变的，而血管里的血液在心脏节律性的收缩舒张作用之下，呈现周期性搏动血流特征，心脏每跳动一次，动脉血管就搏动一次并且带来血流脉冲式流动，当心脏收缩时，血流量增加，血液对于光的吸收增强，检测到的光强度变小。

而在心脏舒张时，正好相反，检测到的光强度增加，这就使得使光接收器接收到的光强度呈现跟动脉搏动同样的节律变化，当我们把光转换成电信号时，电信号同样呈现脉冲式特征，这样提取脉冲信号，就能计算出每分钟的心跳次数，也就是心率。

举个例子☟

假设手表的发光数值为100，皮肤、肌肉组织恒定吸收10，血液总吸收为15，那反射后为100－10×2－15＝65（因为要进出两次穿透皮肤），这时心脏收缩，一股血流涌过来，血液总吸收变成了30;

那反射后为100－10×2－30＝50，由于血液是周期性脉冲式流动，所以发光数值就一直呈现65－50－65－50－65－50－65－50－65－50这样的周期变化，通过计算每秒多少次脉冲变化，就得出你的心率。

为什么大多数跑表都是采用的绿光呢？

皮肤的黑色素会吸收大量波长较短的波;皮肤上的水分也会吸收大量的UV和IR部分的光；进入皮肤组织的绿光(500nm)-- 黄光(600nm)大部分会被红细胞吸收；血液要比其他组织吸收更多的光；相比红光，绿（绿-黄）光能被氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白吸收。

所以，总体来说，绿光—红光能作为测量光源。

早期多数采用红光为光源，而目前绿光作为光源得到的信号更好，信噪比也比其他光源好些，所以现在大部分穿戴设备采用绿光为光源，但有的高端可穿戴高端产品会根据情况自动使用换绿光、红光和IR多种光源。

影响光电手表测量精度的原因有这些?

虽然很多手表都声称自己测量准确，但还是能发现光电手表的准确性并不是100%，影响光电手表的主要因素至少有这么一些。

1、干扰信号

事实上，光电式心率测量设备最大的技术障碍是如何将生物特征信号从大量乱七八糟的干扰信号中分离出来,当光线射入一个人的皮肤时，由于光线被人体不同组织所吸收，所以只有一小部分光线返回给光接收器，并且这些微弱的被返回的光线中，只有一点点是由心脏收缩的血流量调节的，剩下的都分散在非搏动性生理物质上，例如皮肤、肌肉等等。

因此，人体处于剧烈运动状态时，皮肤、肌肉这些非搏动性生理物质也产生移动，而这种移动就会导致光线吸收产生变化，由此导致很难从光线中发现真实血流量变化所带来的光线变化特征;

此外，周围光线干扰还加剧这个问题的严重性，所以光电手表佩戴要适度紧一点，如果松松垮垮，大量自然光线也会被光接收器所接受，甚至创造出近似生理性质的脉动信号。

因此，在腕带式光电手表的使用过程中，通常会要求携带者佩戴严实，以避免漏光而使得环境光线对测量产生干扰。

2、皮肤肤色

人们肤色不同，颜色深浅不同，也会对对光的吸收产生不同影响;

例如，深色皮肤吸收绿色光较多，如果皮肤颜色较深，那么测量心率的准确性就会下降，这是不是意味着黑人使用光电式心率手表几乎没有可能？

还有些人有纹身，这也是苹果被人们诟病的“纹身门”，手腕有纹身的苹果手表用户发现显示屏上的数据显示非常微弱，甚至没有。

也许你会问，肤色浅是不是测量准确性会提高，遗憾的是，肤色越浅的人，反射光则在明亮的光束下又越容易散掉。

3、信号交叉问题

具有周期性特征的运动比如跑步会产生交叉干扰方面的问题，而光电手表恰恰测量的最主要的运动就是跑步这类运动，这就是矛盾所在，因为光信号数据通常与摆臂频率或者步频频率（140-190步/分）处于同一个区间里。

许多光电手表的运算法则很容易将通过光电手表测量的摆臂、步频等信息错误解读成心率，因为跑步时规律地摆臂本身就会成为一个特定的信号干扰。

因为当心率和摆臂频率、步频接近重叠时，许多光电手表倾向于锁定摆臂频率并将其显示为心率。