Der erste Schritt Richtung Digitalisierung erfolgte durch Ersatz der Spannungssteuerung durch die digitale Steuerung von Oszillatoren, Filtern, Hüllkurvengeneratoren etc. Im Vergleich zur rein analogen Bauweise zeichnete sich diese Hybrid-Technologie vor allem durch Stimmstabilität, einfacher zu realisierende Mehrstimmigkeit und leichtere Programmierbarkeit aus. Das Sortiment verfügbarer Klänge wurde hierdurch erweitert, was insbesondere bei Live-Aufführungen von Bedeutung war. Am Grundprinzip der analogen Synthese und ihrer Klangcharakteristik änderte sich jedoch nichts, da Oszillatoren und Filter weiterhin analog blieben.

Zwar sind analoge Synthesizer mittlerweile nahezu vollkommen durch ihre digitalen Gegenstücke verdrängt worden, ihre Funktionsprinzipien wirken dennoch in den Umgang mit digitaler Technologie hinein. Für viele digitale Synthesizer liefern die aus der analogen Klangsynthese stammenden Prozesse, wie Ruschkowski (1998, 148) schreibt, das »schon fast standardisierte Vokabular für die allgemeine Beschreibung klanglicher Operationen«. Was sich aber im Inneren der digitalen »Black Box« (Schläbitz 1997) abspielt, hat mit den analogen Syntheseprinzipien nichts mehr gemeinsam. Anders als analoge Verfahren verzichtet die rein digitale Synthese vollkommen auf herkömmliche Komponenten wie Oszillatoren oder Filter. Zugrunde liegendes Prinzip ist das Errechnen von Wellenformen mit anschließender Digital/Analog-Wandlung. Vielfach werden dabei analoge Syntheseverfahren simuliert, die aus bautechnischen und finanziellen Gründen kaum zu realisieren wären. So war es ein geschickter Schachzug der japanischen Firma Yamaha, die Lizenzrechte für die analog kaum umsetzbare FM-Synthese (Frequenz-Modulation) zu erwerben. Der 1983 auf den Markt gebrachte DX7 simuliert das Verhalten von Träger- und Modulationssignalen mittels vorgegebener Algorithmen (Operatoren). Mit über 160 000 verkauften Exemplaren in weniger als vier Jahren avancierte er zu dem bis heute meistverkauften Synthesizer.²

Bei dem auf der Simulation mechanisch-akustischer Gesetzmäßigkeiten basierenden Physical Modelling (PM) wird hingegen das Schwingungsverhalten mechanischer Instrumentenbauteile simuliert. Ruschkowski (1998, 334f) beschreibt, wie dieses Verfahren bei der Nachbildung einer Klarinette erfolgen kann:

Zunächst gehört dazu ein nichtlinearer Oszillator, der die Eigenschaften eines einfachen Rohrblatt-Mundstückes möglichst genau nachbildet. Das zweite Element ist das Rohr, innerhalb dessen sich durch Überlagerungen die für dieses Instrument charakteristischen Wellenmuster bilden. Es wird elektronisch durch Verzögerungseinheiten simuliert, welche die Ausbreitung und Reflexionen der vom Mundstück erzeugten Schwingungen im einseitig offenen Rohr nachbilden. Das dritte Element [...] ist der Schalltrichter, der das offene Ende des Rohres darstellt und zur Abstrahlung der erzeugten Töne dient. Die Abstrahlcharakteristik ist jedoch frequenzabhängig, da der Durchmesser des Schalltrichters bestimmt, wieviel tiefe Frequenzen in das Rohr zurückreflektiert werden.