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In diesem Wearables Lexikon möchte ich die wichtigsten Begriffe rund um Fitness-Armbänder, Activity-Tracker, Smartwatches und Sportuhren erklären und definieren. Ist ein Begriff nicht dabei, den Du gerne erklärt haben würdest, dann schreib mir doch einfach über die Kommentare unter diesem Artikel.
ANT+ – Kommunikation mit anderen Geräten
Das Datentransferprotokoll ANT sendet Daten an andere Geräte, die verbunden worden sind vom Nutzer. Das Protokoll sendet auf der gleichen Frequenz 2,4 GHz wie WiFi und Bluetooth. Der Vorteil gegenüber WiFi und Bluetooth ist der deutlich geringere Stromverbrauch dabei. Dadurch halten die Akkus länger durch. Geräte mit dem Standard ANT benötigen noch eine Konfiguration durch den Nutzer, um sich mit einem anderen Gerät zu verbinden.
ANT+ hingegen kommuniziert mit anderen ANT-Geräten ohne Eingriff des Nutzers. Eine Konfiguration ist hier nicht notwendig. So kann man im Bereich der Fitness-Tracker zum Beispiel das Armband mit dem Brustgurt problemlos verbinden. Durch den sehr geringen Energieverbrauch benötigt man immer kleinere Akkus, die das den Tragekomfort der Armbänder deutlich erhöhen. Auch die Verbindung zum Smartphone ist bei modernen Handys über den Standard ANT+ möglich.
ATM – wasserdicht bis zu einem bestimmtem Wasserdruck
Bei guten Wearables liest man oft Angaben wie wasserdicht bis 5 ATM. Dahinter verbirgt sich die Druckresistenz bei einem bestimmten Wasserdruck. Wer mit seinem Fitness-Armband schwimmen gehen möchte, der sollte hier auf einen höheren Wert achten. Denn als wasserdicht können Uhren und Wearables bereits bezeichnet werden, wenn sie gegen Wassertropfen und Regen widerstandsfähig sind. Beim Tauchen ist es so festgelegt, dass ein Gerät bis 1 m Tiefe mehr als 30 Minuten lang gegen Wasser geschützt sein muss. Dann darf man diese als wasserdicht bezeichnen.
Wassergeschützt kann als Begriff bereits verwendet werden, wenn ein Wearable beim Händewaschen getragen werden kann. Es bedeutet nicht das Uhr unter Wasser dicht bleibt. Bei der Angabe in ATM sieht es anders aus. Diese Angabe beschreibt wie hoch der Wasserdruck auf die Uhr sein darf, bis Wasser eindringt.
Übersicht der ATM-Werte bei verschiedenen Aktivitäten
| Wassertiefe/Dicht bis | Spritzer, Regen und Hände waschen | Baden | Duschen | Schwimmen | Tauchen |
|---|---|---|---|---|---|
| keine Angabe |  | | | | |
| 30 Meter (3 ATM = 3 Bar) |  | | | | |
| 50 Meter (5 ATM = 5 Bar) | | | | | |
| 100 Meter (10 ATM = 10 Bar) | | | | | |
| 200 Meter (20 ATM = 20 Bar) | | | | | |
Barometrischer Höhenmesser
Um Höhenunterschiede messen zu können werden barometrische Höhenmesser eingesetzt. Dieser Sensor kann Veränderungen der Höhe sehr genau über den Luftdruck erfassen. Denn je höher man kommt, desto schwächer wird der Luftdruck. Außerdem werden Bezugspunkte eingesetzt, damit auch geringe Höhenunterschiede erfasst werden können. Das ist zum Beispiel bei einen Fitness-Tracker bei der Etagenzählung beim Treppensteigen notwendig. Beim Training ist die Erfassung der Höhendifferenzen wichtig, um der Intensität des Trainings analysieren zu können. Billige Tracker haben meistens keinen Höhenmesser eingebaut.
Brustgurt zur Messung der Herzfrequenz
Eine sehr genaue Messung der Herzfrequenz und damit des Puls, ist durch einen Brustgurt möglich. Durch die angebrachten Sensoren auf dem Gurt können sehr genaue Messwerte gewonnen werden. Für ambitionierte und Profisportler die einzige echte Option zur Messung der Herzfrequenz während des Trainings. Der Brustgurt wird direkt auf der Haut getragen und die Sensoren sind auf der Unterseite angebracht. Bei den meisten Brustgurte werden die gemessenen Daten über ANT+ oder Bluetooth an das Armband oder das Smartphone übertragen.
Beschleunigungssensoren zur Messung der Aktivitäten
In jedem Fitness-Tracker sind Beschleunigungssensoren eingebaut. Durch die Programmierung der Software der Tracker kann so ein Geschwindigkeitszuwachs und die Beschleunigung gemessen werden. Und zwar nicht nur beim Sport, sondern auch beim ganz normalen Bewegungen im Alltag. Bei den meisten Armbändern werden kapazitive Sensoren (mikroelektromechanische Systeme) eingebaut.
Diese werden freiliegend in den Armbändern verbaut und werden in Bewegung versetzt sobald sich das Armband beschleunigt (also bewegt). Anhand der Intensität und Dauer der Bewegung kann man die Beschleunigung sehr genau ermitteln. Durch die Software der Fitness-Tracker werden dann die verschiedenen Bewegungen und Entfernungen ermittelt.
So hat jede Aktivität oder Sportart ihr spezifisches Bewegungsmuster (siehe Abbildung 1 für ein schnelles Laufen). Zusammen mit anderen Sensoren im Tracker, vor allem dem Gyroskop-Sensor, können so je nach Qualität der Software sehr genau unsere ausgeführten Bewegungen bestimmt werden. Beispielsweise ob wir gerade Joggen, Fahrradfahren oder im Auto sitzen und Autofahren.
Gyroskop-Sensoren
Genauso wie die Beschleunigungssensoren sind Gyroskop-Sensoren in allen Fitness-Armbändern eingebaut. Auch hierbei handelt es sich um Mikroelektromechanische Systeme, die Drehgeschwindigkeiten messen. Optisch handelt es sich tatsächlich um kleine Kreisel, die in der Lage sind bei Drehungen Bewegungsdaten aufzuzeichnen und weiterzugeben. Während Bewegungssensoren eher auf lineare Bewegungen spezialisiert sind, so sind Gyroskop-Sensoren auf Nicht-lineare Bewegungen spezialisiert. Zusammen können diese beiden Sensoren sehr viele Informationen über unsere Bewegungen geben.
Optische Sensoren zur Pulsmessung
Bei Fitness-Trackern sind die optischen Sensoren dafür zuständig, den Puls am Handgelenk zu messen. Über das Verfahren der Photoplethysmographie (PPG) wird eine Herzfrequenzmessung mit Licht am Handgelenk durchgeführt. Über die Aussendung von kleinen Lichtquellen wird in den Blutgefäßen der oberen Hautschicht die Blutmenge und der Blutfluss in den Blutgefäßen erfasst. Außerdem wird der Gefäßdurchmesser ermittelt. Dadurch kann der Sensor ermitteln wann die Systole ( Zusammenziehen des Herzmuskels) und die Diastole (Entspannen des Herzmuskels) eintritt. Über die Zeitsspanne zwischen diesen beiden Herzzyklen kann der Puls ziemlich genau ermittelt werden. Alle Details dazu findest Du in meinem Bericht über die Sensoren in Fitness-Armbändern.
Bioelektrische Sensoren zur Bestimmung der Körperzusammensetzung
Nur bei sehr teuren Fitness-Armbändern findet man Bioelektrische Sensoren zur Bestimmung der Körperstruktur. Über minimale Stromflüsse kann der Muskel-, Fett- und Wasseranteil im Körper bestimmt werden. Durch den spezifischen elektrischen Widerstand von Fettgewebe und Wasser können deren Anteile am Körpergewebe bestimmt und daraus der Muskelanteil berechnet werden. Körperfett hat nämlich einen größeren elektrischen Widerstand als Wasser.
Die Schwäche der Bioelektrische Impedanzanalyse ist die lokale Begrenztheit der Messergebnisse. Denn der elektrische Widerstand findet eben in dem Körperteil statt, in dem die Messung stattfindet. Wird also am Handgelenk gemessen, dann wird hier nur die Körperzusammensetzung im Bereich des Oberkörpers bestimmt. Allerdings sind viele Menschen unterschiedlich bei der Fettverteilung. Auch bei Männern und Frauen gibt es sehr große Unterschiede. Professionelle Messsysteme arbeiten deshalb mit einer Ganzkörpermessung, um genaue Messdaten zu bekommen. Bei der Messung über ein Wearable am Handgelenk handelt es sich also nur um ein Näherungsverfahren.
GPS – Global Positioning System
Das Global Positioning System (GPS) basiert auf dem Navstar-GPS Satellitensystem des US-Militärs.. Unter Experten ist es das GNSS (Global Navigation Satellite System). Über dieses System kann die eigene Position mithilfe von Satelliten bestimmt werden. An diesem System sind insgesamt vier Elemente beteiligt:
- Die Satelliten im Weltraum
- zahlreiche Bodenstationen zur Kontrolle
- geostationäre Satelliten, die Korrektursignale aussenden
- GPS-Modul im Endgerät
Zur Ortung der eigenen Position berechnet der Empfänger im Endgerät die Entfernung zu allen empfangbaren Satelliten. Da dies immer mehrere sind, kann damit die Position auf der Erde genau berechnet werden. Als Grundlage dient hierfür die Zeit, die eine Radiowelle vom Satelliten bis zum GPS-Gerät braucht. Zur genauen Positionsbestimmung sind 4 Satellitensignale notwendig. Je mehr Signale von verschiedenen Satelliten empfangen werden, desto exakter wird die Position.
Die in einem Smartphone oder Fitness-Armband eingebauten GPS-Empfänger liefern hier eine Positionsgenauigkeit des Standorts von ungefähr 5-15 m. Für die meisten Anwendungen ist das absolut ausreichend. Für professionelle Bedürfnisse nicht genug. Hier wird die Position bis auf den Zentimeterbereich berechnet.
Mehr Infos zum GPS >>
Herzfrequenzmessung
Bei Fitness-Armbändern, Pulsuhren, Sportuhren oder Smartwatches wird die Herzfrequenz entweder über einen optischen Sensor am Handgelenk gemessen, oder über einen Brustgurt. Die Messung über den Brustgurt ist sehr viel genauer. Viele Modelle können beides. Allerdings nicht im Bereich der günstigen Fitness-Tracker. Bei den Sportuhren ist das allerdings Standard.
Über die Messung des Puls können Fitness-Armbänder weitere interessante Informationen liefern. Gerade beim Sport kann man so sein Training im Bereich verschiedener Trainingszonen durchführen. Je nachdem ob man zum Beispiel auf maximale Fettverbrennung trainiert oder um die Ausdauer zu steigern. Aber auch bei der Schlafanalyse kann so der Ruhepuls und die verschiedenen Schlafphasen besser ermittelt werden.
IP-Schutzklassen (international IP-Codes)
Der IP-Code, in Deutschland IP-Schutzklasse genannt, kennzeichnet den Grad des Schutzes eines Geräts gegen Fremdkörper, Berührung und Wasser. Der IP-Code ist nach IEC 529, EN 60529, DIN VDE 0470-1 und NF C 20-010 definiert.
Die IP-Schutzklasse setzt sich dabei aus zwei verschiedenen Kennziffern zusammen. Bei Fitness-Armbändern ist das oft der IP-Code IP68. Dabei steht die erste Ziffer gegen den grundsätzlichen Schutz gegen Fremdkörper und Berührung. Die zweite Kennziffer bezieht sich auf den Schutz gegen Wasser. Je höher die Kennziffer, desto besser der Schutz. In der folgenden Tabelle siehst Du die verschiedenen Klassen in der Übersicht.
IP-Schutzklassen (international IP-Codes): Schutz gegen Fremdkörper und Berührung
| 1. Ziffer | Schutz gegen Fremdkörper (z.B. Staub) und Berührung |
|---|---|
| 0 | ungeschützt |
| 1 | geschützt gegen feste Fremdkörper größer als 50mm und gegen Berührung mit Handrücken |
| 2 | geschützt gegen feste Fremdkörper größer als 12mm und gegen Berührung mit Finger |
| 3 | geschützt gegen feste Fremdkörper größer als 2,5mm und gegen Berührung mit Werkzeug |
| 4 | geschützt gegen feste Fremdkörper größer als 1mm und gegen Berührung mit Draht |
| 5 | geschützt gegen Staub und Berührung |
| 6 | dicht gegen Staub, geschützt gegen Berührung |
IP-Schutzklassen (international IP-Codes): Schutz gegen Wasser
| 2. Ziffer | Schutz gegen Wasser |
|---|---|
| 0 | ungeschützt |
| 1 | geschützt gegen Tropfwasser |
| 2 | geschützt gegen Tropfwasser unter 15°C |
| 3 | geschützt gegen Sprühwasser |
| 4 | geschützt gegen Spritzwasser |
| 5 | geschützt gegen Strahlwasser |
| 6 | geschützt gegen schwere See |
| 7 | geschützt gegen die Folgen von Eintauchen |
| 8 | geschützt gegen Untertauchen |
Der beste Wert ist demzufolge IP68. Diese Fitness-Armbänder sind völlig staubdicht und können mehrere Meter untergetaucht werden. Meistens bis 50 m. Wobei es hier noch auf den Wasserdruck in ATM ankommt.
Self-Tracking und Selbstoptimierung
Der Begriff der Selbstoptimierung hat seinen Ausgangspunkt natürlich in den USA gehabt. Aber wie so ziemlich alles aus den Vereinigten Staaten ist auch dieser Trend in Deutschland angekommen. Um ein paar Jahre verzögert. Unter dem Begriff Self-Tracking versteht man die laufende Überwachung der eigenen Körperfunktionen und Aktivitäten. Mit einem Armband kann man so permanent den Puls, die körperlichen Belastungen im Alltag und beim Sport aufzeichnen. Auch das Schlafverhalten wird hier genau analysiert. Aufgrund der inzwischen sehr umfangreichen Auswertungen auf den Apps kann man so sein eigenes Verhalten optimieren und sich sozusagen zu einer Selbstoptimierung führen.
Sportuhr
Bei den Wearables am Handgelenk unterscheidet man grob zwischen:
- einfachem Schrittzähler,
- Fitness-Tracker,
- Smartwatch
- und Sportuhr.
Dabei ist die Sportuhr (oft auch Pulsuhr oder GPS-Uhr genannt) die teuerste und beste Variante für Sportler. Die Messungen sind beim Training sehr exakt und Sportuhren liefern umfangreiche Messdaten zu allen relevanten Daten rund um das eigene Training. Gute Sportuhren haben eigene GPS-Empfänger, mit denen zurückgelegte Strecken genau ermittelt werden können. Dazu natürlich Herzfrequenz, Geschwindigkeiten und Streckenplanungen. Auch die komplette Trainingsplan-Erstellung ist auf vielen Sportuhren möglich. Zielorientiertes Pulstraining kann programmiert werden und vieles mehr. Für alle ambitionierten Sportler ist eine Sportuhr die beste Wahl.
Smartwatch
Unter einer Smartwatch versteht man wie der Name sagt eine intelligente Uhr. Zusätzlich zu den Funktionen einer normalen Armbanduhr ist hier noch ein kompletter Fitness-Tracker drin. Je nach Preis mit mehr oder weniger Funktionen. Die guten Smartwatches haben alle Funktionen, die auch ein gutes Fitness Armband hat. An Sportuhren kommen und wollen sie auch nicht ran kommen. Preislich liegen sie hier etwas günstiger, aber meist teurer als Fitness-Tracker.
LED-Display
Das LED-Display (auf Englisch light-emitting diode) ist ein Anzeige-System, das auf der Grundlage von Leuchtdioden funktioniert. Das Display besteht aus Halbkristallen, die zum leuchten gebracht werden in dem Strom durchgeführt wird. LEDs benötigen sehr wenig Strom, was sie beliebt bei Wearables gemacht hat. Die Bildauflösung hängt von der Pixeldichte ab. Je mehr Pixel auf einer Fläche sind, desto besser und höher ist die Bildauflösung des Armbands. Mehr dazu >>
OLED-Display
Die Weiterentwicklung der LED-Displays sind die OLED-Displays. Dabei steht das O für den Begriff organisch. Es sind dünne organische Halbleiterdioden, für die keine Extra-Beleuchtung notwendig ist. Dadurch haben sie einen extrem geringen Energieverbrauch. Dazu sind sie viel dünner und bieten bei der Anzeige einen sehr hohen Kontrast. Die Ablesbarkeit auf OLED-Displays ist deshalb bei Armbändern sehr viel höher. Auch im Sonnenlicht lassen sich die Displays gut ablesen.
AMOLED-Display
Beim AMOLED-Display (Active Matrix Organic Light Emitting Diode) werden einzelne Pixel auf dem Display über eine aktive Matrix angesprochen. Jeder einzelne Pixel hat eine eigene Stromverbindung und kann separat zum leuchten gebracht werden. Im AMOLED-Display sind technisch viele einzelne OLEDs verbaut. Bei diesem Display können deswegen viel stärkere Kontraste und eine deutlich bessere Farbtiefe angezeigt werden. Die Schärfe der Anzeige ist noch mal deutlich besser im Vergleich zum OLED-Display.
Smartwear
Unter dem Begriff Smartwear werden alle modernen Geräte subsumiert, die eine intellignete Funktion haben. Dazu gehören nicht nur Wearables aus dem Fitnessbereich, sondern zum Beispiel auch intelligente Kleidung. Auch die Smartwatches sind hier natürlich zu nennen. Dazu kommen Datenbrillen und andere intelligenten Geräte, die getragen werden können.
Schlaf-Tracking (Sleep Tracking)
Mit dieser Funktion können Schlafdaten aufgezeichnet, analysiert und überwacht werden. Bei modernen Wearables gehört dazu vor allem die Herzfrequenz, Aufzeichnung der Länge von Schlafphasen, Aufwachtzeit, Einschlafzeit und die Schlafphasen in der Nacht Anhand dieser Daten können Rückschlüsse auf die Schlafqualität des Armband-Trägers gezogen werden.
Synchronisation
Unter der Synchronisation versteht man den Datenaustausch von Tracker zu einer App und andersrum. Denn die Analysen und Auswertungen, sowie zahlreiche Einstellungen eines Wearable, werden meist über die entsprechende App gemacht. Die Displays an den Armbändern sind viel zu klein, um hier wirklich sinnvolle Analysen anzeigen zu können. Im Rahmen der Synchronisation werden die Daten übertragen. Die Verbindung läuft meistens über Bluetooth, manchmal auch über das moderne ANT Datenaustauschprotokoll.
Wearables
Unter Wearables werden Geräte verstanden, die am Körper getragen werden und Aktivitäten und Körperfunktionen messen. Im Gesundheitsbereich werden darunter Fitness-Tracker, Smartwatches und Sportuhren verstanden. Es ist der Oberbegriff für diese Geräte. Auch Pulsuhren gehören dazu und die Begriffe werden teilweise Synonym verwendet.
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